Технические свойства материалов, значение их при оценке качества материалов, их классификация. Оценка качества новых строительных материалов и эффективность их применения в строительстве Строительные конструкции, изделия, материалы и инженерное оборудован

Строительные материалы являются неотъемлемой составляющей процессов возведения зданий, ремонта, реконструкции и модернизации различных объектов. К их качеству предъявляются высокие требования. Подтверждением последнего являются сертификаты, декларации и прочие сопроводительные документы. Производитель, желающий успешно продавать продукцию данного типа, иметь высокие конкурентные показатели, расширять рынок сбыта, обязан проводить проверку стройматериалов для сертификации и государственной регистрации. Она направлена на выявление экологической и пожарной безопасности, эффективности, соответствие заявленным характеристикам.

Распространенные методы оценки качества строительных материалов

Существует несколько способов оценки качества современных строительных материалов. Выбор метода зависит напрямую от типа продукции. Чаще всего подобным процедурам подвергаются:

• Цемент соответственно ГОСТ Р. На ее основании выдается декларация.
• Асфальт и прочие материалы, предназначенные для строительства дорог, проходят сертификацию по ТР ТС.
• Отделка и иные изделия, обладающие огнеустойчивыми характеристиками, подвергаются пожарной сертификации. Проводится процедура в рамках ТР РФ.
• Материалы из свежей древесины проходят специальный фитосанитарный контроль.
• Лаки, краски, эмали, монтажные пены и герметики, грунтовки, штукатурки и другие сухие смеси подвергаются государственной регистрации по единому стандарту.

Алгоритм проведения сертификации строительных материалов

Получить свидетельство о государственной регистрации продукции , подтверждающее качество стройматериалов, можно в Роспотребнадзоре. Этот процесс является достаточно сложным и продолжительным. Особенно трудной задача является для тех производителей, которые ранее не сталкивались с подобными мероприятиями. Чтобы сократить временные потери, избежать бюрократические проволочки, увеличить шансы на успешное прохождение контроля, стоит обратиться за профессиональной помощью.

Компании, оказывающие услуги по оценке строительных материалов соответствию нормам и требованиям, решают целый спектр сложных задач:

• составляют необходимые запросы в контролирующие инстанции;
• производят сбор, анализ и грамотное оформление документальной базы;
• организовывают проведение лабораторных экспертиз (осуществляют отбор образцов, подбирают методики проверок и т. д.);
• оценивают при необходимости условия производства продукции;
• способствуют выдаче сертификатов и деклараций.

Наличие подобных документов позволяет производителям вести законную торговую деятельность не только на территории РФ, но и в других странах. Их срок действия варьируется. При оценке продукции по ГОСТу он составляет от 3-х лет, по ТР ТС – до 5-ти лет. Сертификаты, выдаваемые на разовые поставки, имеют неограниченный период действия. Свидетельство о государственной регистрации относится к числу бессрочных.

Упрощенный способ определения марки кирпича. Молоток мас-

сой 1 кг берут за нижнюю часть рукояти, локоть прижимают к туловищу у пояса, ударником молотка касаясь плеча. Удар наносят по наибольшей грани кирпича. В зависимости от степени разрушения кирпича по табл. 8 определяют его марку.

В условное обозначение стеновых керамических материалов (кирпичи, камни) кроме показателя марки по прочности входит значение морозостойкости в количествах циклов замораживания и оттаивания и буквенные обозначения: К – керамический, Р – рядовой, Л – лицевой, П – пустотелый, О – одинарный, У – утолщенный (для кирпича), У – укрупненный (для камня), Пр – профильный. В конце обозначения указывается СТБ.

Например:

кирпич керамический рядовой пустотелый одинарный марки по прочности 150, по морозостойкости F15:

кирпич КРПО-150/15/СТБ1160-99;

камень керамический рядовой укрупненный марки по прочности 150, по морозостойкости F 15:

камень КРУ 150/15/СТБ1160-99.

3.3. Определение прочности керамзитового гравия

Прочность керамзитового гравия определяют при сдавливании зе-

рен в стальном цилиндре с внутренним диаметром, равным высоте. Цилиндр заполняют керамзитом до краев, закрывают плунжером и помещают на нижнюю плиту пресса. Сдавливают заполнитель при помощи пресса до погружения плунжера в цилиндр на 20 мм, в этот момент отмечают пока-

где F – усилие сдавливания, кгс; A – площадь поперечного сечения цилиндра, равная 177 см2 .

По результатам испытаний керамзита, пользуясь табл. 9, определяют марку гравия по прочности и марку бетона, для которого он может быть использован.

3.4. Определение износостойкости плитки для полов

Износостойкость – это способность материала противостоять действию истирающей нагрузки. Для половой плитки этот показатель связан с трением о поверхность подошв обуви людей, перемещением механизмов. Оценивают износостойкость потерей массы плитки к единице ее площади на круге истирания. Для определения потери массы плитки при истирании

выбирают образец 70× 70 мм или 50× 50 мм, который предварительно взвешивают с точностью до 0,1 г и измеряют длину и ширину и вычисляют площадь с точностью до 0,1 см2 . Образец устанавливают в держатель на металлический диск (диск истирания). При вращении диска, на который равномерно подается песок, и нагрузке на образец не более 0,06 МПа происходит истирание поверхности образца, т. е. потеря его массы. После 30 м пути диск останавливают, образец извлекают и взвешивают. Процесс повторяют на образце еще три раза, каждый раз поворачивая его на 90° в одном направлении.

Износостойкость Q , г/см2 , вычисляют по формуле

где m 4 – суммарная потеря массы после 4 циклов истирания, г; S – площадь образца, см2 ; 3 – коэффициент приведения к 12 циклам испытания.

Результат вычисления округляют до 0,01 г/см2 .

Полученные данные сравнивают с требованиями ГОСТа, согласно которому потери в массе при испытании неглазурованных плиток не должны превышать 0,18 г/см2 .

Контрольные вопросы для защиты выполненной лабораторной работы

1. С какой целью в строительстве применяют материалы, используемые в работе?

2. Какие показатели характеризуют качество стенового материала?

3. Какое заключение о качестве кирпича можно сделать по результатам визуального осмотра?

4. Как определить марку кирпича?

5. Что значит выражение – марка кирпича по прочности 75, 100, 300?

6. Какие показатели характеризуют качество материала, применяемого для наружной отделки (облицовки) зданий?

7. Какие показатели характеризуют качество материала, применяемого для отделки пола?

8. Почему согласно ГОСТу к испытуемым материалам предъявляют различные требования по водопоглощению?

9. Oт чего зависит плотность керамических изделий?

10. Поясните условное обозначение – кирпич КРУ (КЛУ)- 125/75/СТБ1160-99.

11. За счет каких технологических приемов можно повысить теплоизоляционные свойства стеновых материалов?

12. За счет каких технологических приемов можно повысить марку стенового материала?

13. Пояснитеусловноеобозначение– каменьКЛПр-150/50/СТБ1160-99.

14. Поясните условное обозначение – ПГ250 × 250(247× 247× 8,0)

ГОСТ6787-2001.

Перечень ГОСТов и СТБ, используемых при выполнении лабораторной работы

1. СТБ 1160-99. Кирпич и камни керамические. Технические условия.

2. СТБ 1217-2000. Гравий, щебень и песок искусственные пористые. Технические условия.

3. ГОСТ 6787-2001. Плитки керамические для полов. Технические условия.

4. ГОСТ 7025-91. Кирпич и камни керамические и силикатные. Методы определения водопоглощения, плотности и контроля морозостойкости.

5. ГОСТ 8462-85. Материалы стеновые. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе.

6. ГОСТ 9758-86. Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний.

7. ГОСТ 27180-2001. Плитки керамические. Методы испытаний.

Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ РАЗЛИЧНЫХ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

Вопросы допуска к выполнению лабораторной работы

1. Какие материалы называют теплоизоляционными?

2. По каким основным показателям оценивают качество теплоизоляционного материала?

3. Классификация теплоизоляционных материалов по форме изделий.

4. Классификация теплоизоляционных материалов по характеру структуры.

5. Способы получения пористой структуры.

6. Классификация теплоизоляционных материалов по природе происхождения.

7. Классификация теплоизоляционных материалов по степени сжимаемости.

8. Классификация теплоизоляционных материалов по степени огнестойкости.

9. Чем теплоизоляционные материалы отличаются от звукопоглощающих?

10. Какие органические теплоизоляционные материалы вы знаете?

11. Какие вы знаете неорганические теплоизоляционные материалы?

Теплоизоляционные материалы – разновидность строительных материалов. Они характеризуются высокопористым строением и низким коэффициентом теплопроводности. В строительстве жилых и промышленных зданий применение тепловой изоляции дает экономию основных строительных материалов, уменьшение толщины и массы стен, конструкций покрытий и перекрытий, а также снижение стоимости строительства. При изоляции тепловых установок (печей, сушилок), трубопроводов и оборудования сокращаются теплопотери, расход топлива и энергии, что позволяет сэкономить до 1 млн тонн условного топлива в год.

По виду исходного сырья теплоизоляционные материалы можно разделить на органические, состоящие из волокон или вспененного полимера, и неорганические, получаемые из минеральных расплавов или обжигом минерального сырья.

По форме и внешнему виду теплоизоляционные материалы (ТИМ) бывают штучные (плиты, блоки, кирпичи и др.), рулонные (маты, полосы), шнуровые (жгуты, шнуры), сыпучие и рыхлые (перлит, стекловата и др.), фасонные (цилиндры, сегменты).

По структуре теплоизоляционные материалы делят на волокнистые – минераловатные, древесноволокнистые; ячеистые – пеностекло, пенопласты; зернистые (сыпучие) – вспученный перлит, керамзит, опилки, аглопорит, пемза.

Для получения ТИМ могут быть использованы связующие вещества. Теплоизоляционные материалы характеризуются большим количеством закрытых разобщенных и открытых сообщающихся между собой пор,

которые заполнены воздухом или газом.

Общая пористость материала складывается из открытой и закрытой пористости. Для теплоизоляционных материалов общая пористость должна находиться в пределах 40 – 98 %. Величина открытой пористости зависит от структуры материала. Так, для материалов волокнистой структуры величина открытой пористости приближается к общей. У материалов ячеистой структуры преобладают закрытые поры.

Лучшую теплоизолирующую способность имеют материалы с мелкими замкнутыми сферическими порами. С увеличением размеров пор ухудшаются теплозащитные свойства материалов, так как воздух, заключенный в порах, свободно перемещается и теплопроводность материала увеличивается. Кроме того, такие материалы обладают высоким водопоглощением, что также ухудшает теплоизоляционные свойства.

Теплоизоляционные свойства материалов во многом зависят от величины средней плотности: чем ниже средняя плотность, тем лучше теплоизоляционные свойства.

В зависимости от средней плотности (кг/м3 ) ТИМ делят на четыре группы: особо низкой плотности (ОНП) с маркой по плотности 15, 25, 35, 50, 75; низкой плотности (НП) – 100, 125, 150, 175; средней плотности

(СП) – 200, 225, 250, 300, 350; плотные (Пл) – 400, 500, 600.

Важнейшимпоказателемтеплоизоляционныхсвойствматериаловявляется теплопроводность. ВзависимостиотэтойвеличиныТИМделятнаклассы:

А – низкой теплопроводности – до 0,06 Вт/м К; Б – средней теплопроводности – от 0,06 до 0,115 Вт/м К;

В – высокой теплопроводности – от 0,115 до 0,175 Вт/м К. Теплоизоляционные свойства материалов зависят также от условий

хранения и эксплуатации. При длительном хранении, а также эксплуатации под действием значительных нагрузок мягкие теплоизоляционные материалы сжимаются, уменьшается их пористость, ухудшаются теплоизоляционные свойства.

В зависимости от жесткости ТИМ делят на марки (табл. 1).

Независимо от структуры теплоизоляционные материалы обладают существенным недостатком – способностью увлажняться. Материалы адсорбируют влагу из воздуха или поглощают ее при непосредственном контакте с водой. При этом средняя плотность увеличивается, а теплоизоляционные свойства ухудшаются, так как коэффициент теплопроводности воздуха, заполняющего поры, равен 0,023 Вт/м К, а воды 0,58 Вт/м К.

Температура эксплуатации теплоизоляционных материалов определяет возможность их применения. Органические материалы используют при более низких температурах, чем неорганические. Каждый теплоизоляционный материал характеризуют интервалом температурного применения, который зависит от его вещественного состава исходного сырья, наличия или отсутствия связующего.

Цель работы:

Студент должен приобрести: 1. Навыки:

− определения физико-механических свойств теплоизоляционных материалов;

− работы с используемыми приборами и оборудованием; − поиска информации по справочно-нормативной литературе. 2. Умения:

− анализировать полученную информацию;

− делать выводы о свойствах исследуемых материалов, их зависимости от состава и структуры;

− определять рациональную область использования теплоизоляционных материалов.

Используемые приборы и оборудование:

1. Линейка металлическая измерительная.

2. Штангенциркуль.

3. Весы лабораторные технические.

4. Устройство для определения сжимаемости.

При выполнении лабораторной работы необходимо использовать нормативные документы: ГОСТы, СТБ, содержащие технические требования к исследуемым материалам. Данные, полученные при выполнении работы, заносят в табл. 2.

Таблица 2

Теплоизоляционные материалы и изделия

Температура Область применения о , использования

1. Определение средней плотности

Среднюю плотность материала определяют после предварительного высушивания до постоянной массы или в состоянии естественной влажности.

Среднюю плотность ρ ср , г/см3 , кг/м3 , сухого образца правильной геометрической формы определяют по формуле

где m – масса сухого образца, г, кг; V – объем образца, см3 , м3 .

По величине средней плотности определяют группу теплоизоляционного материала.

2. Определение пористости

Общую пористость материала П п , %, определяют по формуле

К строительным материалам относят природные и искусственные вещества, композиции и изделия из них, применяемые для возведения зданий и сооружений. Взаимосвязи параметров технологии, состава и строения материалов с их строительно-техническими свойствами изучает строительное материаловедение, основанное на фундаментальных закономерностях естественных наук.

Свойства материалов -- это особенности, характеризующие их состояние или отношение к различным явлениям. Совокупность свойств, определяющих пригодность материалов для использования, характеризует их качество и зависит от вида строительных материалов. Уровень качества оценивается с привлечением системы показателей назначения, надежности, технологичности и др.

Показатели качества материалов определяют экспериментально -- с помощью технических измерительных средств. В некоторых случаях оценку качества материалов производят эксперты расчетными методами. Различают входной, технологический и приемочный контроль качества строительных материалов. Входной контроль производится для материалов, поступающих на предприятие или стройку. Технологический или операционный контроль производится по мере выполнения отдельных технологических операций, а приемочный -- для готовых изделий.

Центры контроля качества позволяет вести необходимый уровень контроля за работой различных сфер обслуживания.Оценка качествапродукции - одно из основных направлений деятельности подобных организаций, на втором месте списка оказываемых услуг находятся меры, направленные на удовлетворения требований клиентов и основных потребителей продукции. Данные учреждения работают с точным соблюдением всех законодательств, которые затрагивают основные сферы производства товаров любого типа, а так же в этот список входят все, что касается закона «О защите прав потребителей».Контроль и оценка качествапродукции - одно из важнейших влияний, которые необходимо проводить на должном уровне, учитывая факт, при котором большинство производителей продуктов питания, а так же лекарственных средств не соблюдают свои обязанности, производя недоброкачественную продукцию для получения максимальной прибыли. Обеспечение населения необходимыми товарами и оценка качествадля ежедневного потребления является одной самых приоритетных задач для органов государственного управления. Поэтому ежегодно на финансирование многофункциональных центров по контролю качества выделяются значительные денежные средства.

В настоящее время работа таких центров выполняется в необходимом объеме. Контроль и оценка качестваставит во главе своих функций полную проверку и профилактику недоброкачественных продуктов питания и лекарственных средств. Для того, чтобы не допустить продукцию низкого качества в различные медицинские учреждения, центры по контролю качества обеспечивают их необходимой научной документацией и предоставляют различную информацию, в которой могут заинтересоваться сотрудники данных организаций. Помимо «профилактической» деятельности, центры по контролю качества выполняют ряд других не менее важных функций, среди которых особое место занимаетэкспертная оценка материалов,которые использовались в качестве сырья. Сюда входят подготовка и обеспечение медицинских учреждений высококвалифицированных специалистов для работы в данной сфере производства и обслуживания. Экспертная оценка качествапродукции осуществляется центрами по контролю в специальных лабораторных комплексах, оснащенных необходимым научным оборудованием и высококвалифицированным персоналом.

Оценка качества материалов- не единственная специализация подобных центров. Защита прав потребителей - еще одна сфере действия центров по контролю качества. Экспертная оценка качестваоказываемых услуг и недобросовестного сервисного обслуживания специалистами центров по контролю качества позволяют клиентам воспользоваться своими законными правами, в случаях, если производитель отказывается возвращать денежные средства или возмещать причиненный ущерб. Все проверки сервисного обслуживания и прочие обязанности центров по контролю качества выполняются в соответствии с основными законодательствами «О законе прав потребителей».

Классификация материалов. Строительные материалы можно классифицировать по составу, структуре, свойствам, способу получения и области применения.

Состав материалов выражают содержанием химических элементов или оксидов (химический состав) и отдельных частей -- фаз, однородных по химическому составу и физическим свойствам, отделенных друг от друга поверхностями раздела (фазовый состав).

По составу разделяют металлические и неметаллические материалы. Из металлических материалов в строительстве широко применяют железистые сплавы -- чугун и сталь, а также сплавы алюминия. В группу неметаллических входят органические и неорганические материалы. Среди органических преобладают строительные материалы на основе древесины, битумов и синтетических полимеров. В их состав входят преимущественно высокомолекулярные углеводороды и их неметаллические производные.

Виды строительных материалов разнообразны. Наиболее обширна группа неорганических строительных материалов. Химический состав их выражают в основном содержанием оксидов кремния, алюминия, железа, кальция, магния, натрия, калия, водорода. Фазовый состав неорганических материалов, применяемых в строительстве (природных камней, цементов, бетона, стекла и др.), представлен силикатами, алюмосиликатами, алюминатами, ферритами, оксидами и их гидратами.

Классификации:

1. Архитектурно-строительные классификации готовых к применению материалов и изделий по назначению.

1.1. Конструкционные материалы и изделия:

1.1.1. Материалы и изделия для несущих конструкций (камень, сталь, древесина);

1.1.2. Материалы и изделия для ограждающих конструкций

1.1.3. Тепло и звукоизоляционные конструкционные материалы (легкие, пористые);

1.1.4. Кровельные материалы (шифер, черепица, оцинкованное железо, мягкая черепица);

1.1.5. Гидро - и пароизоляционные материалы (разного вида обмазки);

1.1.6. Герметизирующие материалы и изделия;

1.1.7. Материалы и изделия для светопрозрачных ограждений (окон и дверей);

1.1.8. Материалы и изделия для инженерно технического оборудования зданий (система отопления, система кондиционирования, система света и т.п.);

1.1.9. Материалы и изделия специального назначения (жаростойкость и огнеупорность)

1.2. Конструкционно-отделочные материалы:

1.2.1. Материалы и изделия для лицевых слоёв ограждающих конструкций типа «сэндвич» (облицовка);

1.2.2. Материалы и изделия для ограждений, балконов и лоджий

1.2.3. Материалы и изделия для покрытия полов и лестниц (прочность, огнеупорность, эстетичность);

1.2.4. Материалы и изделия для сборно-разборных, мобильных и стационарных перегородок;

1.2.5. Материалы и изделия для подвесных потолков (лёгкость конструкции, стальные подвесы);

1.2.6. Материалы и изделия для стационарного оборудования и мебели (стекло, дерево, металл, пластик);

1.2.7. Материал для дорожных покрытий;

1.3. Отделочные материалы:

1.3.1. Для наружной отделки зданий и сооружений (краски для фасадных работ, полимерцементные покрытия, листовые материалы);

1.3.2. Внутренняя отделка (керамика, керамогранит, обои);

1.3.3. Защитные покрытия (антикоррозийные, морилки);

2. Классификация по происхождению . Материалы делятся на минеральные и органические. Кроме того, они делятся на естественные и искусственные.

3. Классификация искусственных материалов на основе формирования структуры, свойств и методов исследования (классификация по технологии) на:

3.1. Безобжиговые - затвердевание которых происходит при сравнительно невысоких температурах под влиянием химических и физико-химических превращений вяжущего вещества;

Современные дозирующие устройства производят взвешивание по массе каждого твердого компонента бетонной смеси и взвешивание по объему жидкости. Все дозирующие устройства могут работать в автоматическом режиме, с высокой точностью взвешивания компонентов.

3.2 Обжиговые (затвердевание которых происходит при остывании жидких расплавов, выполняющих функцию вяжущего вещества);

Структурных классификаций по материалам множество, например классификация по макро и микро структурам, классификация на гомогенные и гетерогенные, классификация архитектурно-строительных требований, классификация по свойствам строительных материалов и изделий и другие.

Свойства бывают простые и сложные. Простое свойство – свойство, которое нельзя подразделить на другие (длина, масса и т.д.). Сложное свойство – свойство материала или изделия, которое может быть разделено на 2 и большее количество менее сложных и простых свойств (функциональность).

Интегральные качества – наиболее сложные свойства материала или изделия, определяемые совокупностью его качества и экономичности.

Комплексные свойства. К ним относятся долговечность, надёжность, совместимость, сопротивление коррозии и т.д.

4. С экологической позиции , строительные материалы, конструкции и изделия из этих материалов должны отвечать следующим требованиям:

4.1. Монотеплопроводимость (обеспечение достаточного термического сопротивления);

4.2. Иметь хорошую воздухопроницаемость и пористость;

4.3. Быть не гигроскопичными и малозвукопроводимыми;

4.4. Обеспечение прочности, огнестойкости, долговечности зданий и сооружений;

4.5. Не выделять летучие и пахучие вещества, способные прямо или косвенно влиять на здоровье человека;

4.6. Быть легко дезинфицируемыми;

4.7. Иметь окраску и фактуру соответствующую физиологическим и эстетическим требованиям человека;

5. Свойства строительных материалов и изделий по их природе классифицируются на 6 основных групп: физические, химические, физико-химические, механические, технологические и эксплуатационные и 2 добавочные группы: биологические и эстетические.

5.1. Физические свойства характеризуют физическое состояние материала и подразделяются на несколько подгрупп, гравитационные, тепловые, гидравлические, акустические, электрические, проявляющиеся при взаимодействии с рентгеновским, ядерным, ультрафиолетовым и другими излучениями.

Первая группа , характеризующая особенности физического состояния материала. К этой группе относятся:

5.1.1 Плотность - это масса материала в единице объема, кг/м 3 , г/см 3 , т/м 3 . Существуют несколько видов плотностей.

Истинная плотность масса материала в единице объема без пор и пустот.

Средняя плотность масса материала в естественном состоянии с порами и пустотами.

Насыпная плотность – это плотность сыпучих материалов в насыпном состоянии.

Относительная плотность - выражает отношение плотности материала к плотности стандартного вещества при определенных физических условиях. В качестве стандартного вещества удобно принять воду при 3,98 о С, именно при этой температуре плотность воды равна 1 г/см 3 .

5.1.2 Пустотность (пористость) – это степень заполнения материала порами или пустотами.

П = (1 – ρ о / ρ) 100 (1)

где ρ о – средняя плотность материала, г/см 3 ;

ρ – истинная плотность материала, г/см 3 ;

Вторая группа , характеризующая способность материала проявлять свои свойства при взаимодействии с водной средой.

5.1.3 Водопоглощение – это способность материала впитывать и удерживать воду. Водопоглощение определяют по разности масс образца насыщенного водой и в абсолютно сухом состоянии.

Различают водопоглощение по массе, т.е. отношение массы поглощенной воды к массе сухого образца:

W m = ((m в – m c) / m c) 100 (2)

где m в – масса образца в увлажненном состоянии, гр.

m c – масса образца в сухом состоянии, гр.

и водопоглощение по объему W o:

W o = ((m в – m c) / V) 100 (3)

где V – объем образца, см 3

W o = W m d (4)

Впитывание воды в поры происходит под влиянием капиллярных сил и сил смачивания. Для полного насыщения водой образец медленно опускают в воду или кипятят.

5.1.4 Водонасыщение – это увлажнение материала под давлением. Характеризуется коэффициентом насыщения:

К н = W o / П (5)

где W o – водопоглощение по объему;

П – пористость;

Коэффициент насыщения характеризует степень заполнения пор в материале водой. По коэффициенту насыщения косвенно можно определить морозостойкость материала, если К н < 0,8, то материал считается морозостойким.

5.1.5 Водопроницаемость – это способность материала пропускать воду под давлением. Характеризуется коэффициентом фильтрации

К ф = V в а / (6)

где V в – количество воды, м 3 , проходящей через стенку площадью S =

1 м 2 , толщиной а = 1 м за время t = 1ч, при разности гидростатического давления на границах стенки p 1 – p 2 = 1 м водяного столба.

5.1.6 Водостойкость – это способность материала сохранять свои свойства при увлажнении. Водостойкость оценивают коэффициентом размягчения равного отношению предела прочности при сжатии насыщенного водой образца к пределу прочности при сжатии сухого образца:

К разм = R сж.нас. / R сж.сух. (7)

где R сж.нас – предел прочности при сжатии насыщенного водой образца, МПа

R сж.сух – предел прочности при сжатии сухого образца, МПа

Если коэффициент размягчения меньше 0,8 материал не водостоек.

5.1.7 Водонепроницаемость – это способность материала препятствовать фильтрации воды под давлением. Степень водонепроницаемости повышается при уменьшении количества крупных пор и особенно сквозных.

5.1.8 Морозостойкость – это способность материала выдерживать требуемое количество циклов попеременного замораживания и оттаивания. При этом снижение прочности материала должно быть не более 15% и потеря по массе не более чем 5%.

Морозостойкость материала тем выше, чем меньше крупных открытых пор и чем больше прочность на растяжение.

Существуют следующие марки по морозостойкости F 10,15,25,50,100,150,200…500.

5.1.9 Влажностные деформации – пористые неорганические и органические материалы при изменении влажности изменяют свой объем и размеры.

Усадка (усушка) это уменьшение объема и размеров материала при его высыхании. Она выражается уменьшением толщины слоев воды, окружающих частицы материала, и действием внутренних капиллярных сил.

Третья группа , характеризующая способность материала проявлять свои свойства при взаимодействии с тепловой средой.

5.1.10 Теплопроводность – способность материала передавать тепло через толщу от более нагретой поверхности к менее нагретой.

Закон передачи тепла теплопроводностью впервые был сформулирован Фурье. Согласно этому Закону количество тепла Q (Дж) проходящее через стену прямопропорционально теплопроводности материала, градиенту температур (t 1 – t 2), площади стены (S) и времени Z, в течении которого проходит тепловой поток, обратно пропорционально толщине стены:

Q = λ (S (t 1 – t 2) Z) / a, (Дж) (8)

λ = (Q а) / (S (t 1 – t 2) Z), Вт/ (м о С) (9)

5.1.11 Теплоемкость – свойство материала поглощать тепло. Теплоемкость характеризуется коэффициентом удельной теплоемкости, т.е. количеством теплоты, поглощаемой 1 килограммом материала при его нагревании на 1 градус. Измеряется коэффициент удельной теплоемкости в Дж/кг о С(К). Чем больше удельная теплоемкость материала, тем выше при всех прочих равных условиях теплоустойчивость здания. Для каменных материалов коэффициент удельной теплоемкости находится в пределах 0,75 – 0,92 кДж/кг о С, для древесины (сосны) 2,3 – 2,7 кДж/кг о С, для тяжелого бетона 0,8 – 0,9 кДж/кг о С, для стали 0,48 кДж/кг о С, воды 4,19 кДж/кг о С.

5.1.12 Термическая стойкость – это способность материала не растрескиваться при резких и многократных изменениях температуры. Термическая стойкость тем выше, чем меньше коэффициент теплового расширения и чем однороднее материал.

5.1.13 Огнестойкость – это способность материала противостоять кратковременному действию высоких температур в условиях пожара (до 1000 о С) при сохранении конструкцией несущей способности и устойчивости (бетон, железобетон, керамика, жароупорные стали).

5.1.14 Огнеупорность – способность материала противостоять, не расплавляясь действию высоких температур (свыше 1580 о С) длительное время.

5.2 . Химические свойства материалов характеризуют их способность сопротивляться действию химически агрессивной среды.

Кислотостойкость, щелочестойкость, растворимость, карбонизация, гидратация и др.

5.2.1 Кислотостойкость – способность материала сопротивляться воздействию кислот.

5.2.2 Щелочестойкость – способность материала сопротивляться воздействию щелочи.

5.2.3 Растворимость – способность материала растворяться в воде или растворах солей, кислот и щелочей. Растворимость характеризуется скоростью потери в массе образца к площади растворения:

Р = ((m 1 – m 2) / F) 100 (10)

где m 1 – первоначальная масса образца, гр;

m 2 – масса образца после процесса растворения, гр;

F – площадь растворения, см 2 ;

5.2.4 Токсичность – это способность материала при химическом взаимодействии выделять токсичные вещества опасные для здоровья человека и животных.

5.2.5 Гидратация – это свойство материала присоединять воду в процессе химического взаимодействия. Дегидратация это обратный процесс.

5.2.6 Карбонизация – это способность материала присоединять углекислый газ в процессе химического взаимодействия. Процесс обратный карбонизации называется декарбонизация.

5.2.7 Атмосферостойкость – это свойство материала длительное время противостоять воздействию атмосферных факторов, воды, кислорода воздуха, сернистых и других газов, переменному увлажнению и высыханию, нагреванию и охлаждению.

5.2.8 Коррозионная стойкость – это способность материала противостоять процессу химического или электрохимического разрушения. Например, для защиты от коррозии металлов применяют анодное или катодное покрытия, плакирование и т.д.

5.2.9 Экзотермия – это свойство материала вступать в химическую реакцию с выделением тепла. Характерно для процесса гашения извести:

СаО + Н 2 О = Са (ОН) 2 + (11)

5.2.10 Эндотермия это свойство материала вступать в химическую реакцию с поглощением тепла.

5.2.11 Горючесть – это способность материала воспламеняться и подвергаться процессу горения.

5.2.12 Гнилостойкость – это способность материала противостоять процессу гниения. Так, например, для древесины процесс гниения связан с образованием спор и грибов.

5.3. Физико-химические свойства материалов - сорбция, адсорбция, хемосорбция, адгезия, когезия и др.

5.3.1 Адгезия – это свойство одного материала прилипать к поверхности другого материала. Она характеризуется прочностью сцепления при отрыве одного материала от другого.

5.3.2 Кристаллизация – способность строительного материала принимать кристаллическую структуру.

5.3.3 Гигроскопичность – это свойство капиллярно-пористого материала поглощать водяной пар из воздуха.

5.3.4 Сорбция – это процесс поглощения одного вещества (сорбтива) другим веществом (сорбентом), независимо от механизма поглощения.

В зависимости от механизма сорбции различают адсорбцию, абсорбцию и хемосорбцию.

- адсорбция , это изменение концентрации вещества на границе раздела фаз. Этот процесс проходит на любых межфазовых поверхностях, и адсорбироваться могут любые вещества. Адсорбция уменьшается с повышением температуры.

- абсорбция, это процесс поглощения одного вещества другим во всем объеме сорбента. Например, растворение газов в жидкостях.

- хемосорбция , это процесс поглощения одного вещества другим сопровождающийся химическими реакциями. Типичный пример хемосорбции поглощение металлом кислорода или влаги с образованием оксидов и гидрооксидов.

5.4. Механические свойства. Это способность материалов сопротивляться деформации и разрушению под действием внешних сил, прочность при сжатии, растяжении, ударе, изгибе и т.д. Твёрдость, упругость, хрупкость, пластичность, истираемость, деформативность и др.

5.4.1 Прочность – способность материалов в определенных условиях и пределах, не разрушаясь, сопротивляться внутренним напряжениям и деформациям, возникающим под влиянием механических, тепловых и других воздействий.

Существует предельное состояние материала по прочности, которое называется предел прочности. В зависимости от прилагаемой нагрузки и условий приложения существует предел прочности на сжатие, на растяжение, на изгиб, на кручение, на скалывание. Предел прочности соответствует максимальному напряжению в момент разрушения материала. Прочность обусловлена силами сцепления, т.е. это результат взаимодействия частиц материала на атомно-молекулярном уровне. Эти силы зависят от физической природы материала и его физико-химической организации структуры, т.е. от химико-минералогического состава.

Например:

1. Сталь прочнее мрамора или гранита, что является следствием различия в химическом составе.

2. Алмаз прочнее графита или угля, что является следствием только разной компоновки кристаллической решетки.

Значительно снижают прочность, поры и микродефекты, которые являются концентраторами напряжения.

Существует две группы методов определения прочности материалов.

Первая группа – разрушающие методы определения прочности материалов. Методика определения прочности материалов по первой группе предусматривает изготовление образцов правильной геометрической формы из материала, в частности кубиков, призм, цилиндров стандартных размеров, и доведения их до разрушения на силовых установках (прессах). В результате определяется разрушающее усилие, с помощью которого определяется прочность материала. Формула определения прочности на сжатие следующая:

R сж = F раз / S обр (12)

где F раз - разрушающее усилие, в кг (Н);

S обр – площадь образца, см 2 (мм 2);

Предел прочности на сжатие определяется на кубах размером 15х15х15 см, 10х10х10см, 20х20х20 см; призмах 10х10х40 см, 15х15х60 см; цилиндрах.

Предел прочности на изгиб определяется на балочках размером 4х4х16см, 2х2х30см и т.д., призмах.

R и = (3P l) / 2b h 2 (13)

где Р – разрушающее усилие, кН(кг),

l – расстояние между опорами, см,

b, h – сечение образца балочки, см,

Предел прочности на разрыв определяется на призмах, цилиндрах.

Предел прочности на кручение определяется на призмах и цилиндрах.

5.4.2 Твердость – это способность материала сопротивляться проникновению в него другого материала. Твердость определяется твердомером (по Роквеллу, Бринелю).

В поверхность тела вдавливается специальный образец пирамида (шарики или призмы в основном из металла (стали)). Затем по величине отпечатков судят о твердости. Твердость хрупких материалов определяют по условной десятибалльной шкале. В качестве эталона принята твердость следующих десяти минералов:

Тальк; 2. Гипс, 3. Кальцит, 4. Флюрит, 5. Акатит, 6. Ортоклаз, 7. Кварц, 8. Топаз, 9. Корунд, 10. Алмаз.

Твердость имеет большее значение для технологии материалов, которые применяются в конструкциях с сильно сосредоточенными нагрузками.

5.4.3 Истираемость – это постепенное разрушение поверхностного

слоя материала за счет сил трения материала о поверхность движущегося тела.

Физическая сущность истирания состоит в отрыве более прочных частиц из общей массы материала. Как и прочность, истирание зависит от величины кристаллов между собой.

Истираемость определяют по величине потерь массы образца, отнесенной к единице площади соприкосновения образца с кругом истирания, после 1000 оборотов круга:

И = (m – m 1) / F, г/см 2 (14)

Истираемость имеет большое значение для полов, лестниц, бункеров и т.п.

5.4.4 Упругость – свойство материала восстанавливать первоначальную форму и размеры после снятия напряжения.

Значение «упругости» для строительных материалов заключается в том, что в прочностных расчетах учитывают не саму прочность, т.е. не то напряжение, при котором материал разрушается, а предел упругости, т.е. то напряжение, при котором начинается сильно проявляться необратимые пластические деформации.

5.4.5 Пластичность – способность материала необратимо изменять форму и размеры под нагрузкой без появления трещин. Физическая природа пластичности связана с дислокациями. К пластичным материалам относятся битумы, дерево, мягкие классы сталей, мастики и др.

Функциональные свойства и надежность строительных материалов определяются главным образом их физико-химическими свойствами, к которым относятся плотность, объемная масса, пористость, отношение к действию низких температур, водопоглощение, морозостойкость, стойкость к действию агрессивных сред и др. Определение этих показателей и способы их расчета излагаются в теоретических основах товароведения. Здесь дается характеристика специфических для строительных материалов свойств и их показателей.

Морозостойкость представляет собой способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения и без значительного понижения прочности. Некоторые строительные материалы (стеновые, кровельные), соприкасающиеся с водой и наружным воздухом, в процессе эксплуатации постепенно разрушаются вследствие того, что материал насыщается водой, которая при замерзании увеличивает объем (приблизительно на 9%), что приводит к разрушению пор.

Морозостойкость материалов зависит от прочности и плотности. Плотные материалы с малым водопоглощением морозостойки. Испытания на морозостойкость проводят в холодильных камерах при температуре ниже - 17°С. Количество циклов может достигать от 10 до 200. Морозостойкими считаются те материалы, в которых после указанного числа циклов не наблюдается трещин, расслаивания, понижение прочности не более 15%, потеря массы не более 5%. По числу выдерживаемых циклов замораживания строительные материалы подразделяются на марки МРЗ (F): 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200.

Теплопроводность представляет собой свойство материала передавать тепло. Теплопроводность зависит от вида материала, характера пор, величины пористости, влажности.

У пористых материалов тепло проходит через поры, заполненные воздухом, теплопроводность которых очень мала. Поэтому по величине пористости судят о теплопроводности материала - чем больше пористость, тем ниже теплопроводность.

Способность материала выдерживать высокие температуры без разрушения называют огнестойкостью. По огнестойкости материалы подразделяют на три группы: несгораемые (кирпич, асбоцементные материалы), трудно сгораемые (войлок, пропитанный глиняным раствором) и сгораемые (дерево, толь).

Свойство материала противостоять, не деформируясь, длительному воздействию высоких температур называют огнеупорностью. Этот показатель важен для материалов, используемых при изготовлении печей, труб.

Прочность - свойство материала сопротивляться разрушениям под действием напряжений, возникающих от нагрузок и других факторов. Чаще всего строительные материалы испытывают напряжения сжатия или растяжения. Природные камни, кирпич хорошо сопротивляются сжатию, но хуже растяжению (в 10-15 раз). Древесина, сталь хорошо работают как при сжатии, так и при растяжении.

Прочность обычно характеризуют показателем разрушающего напряжения и рассчитывают делением нагрузки на площадь поперечного сечения образца. Разрушающее напряжение при сжатии для цемента, асбоцементных изделий, кирпича носят условные название "марка". Кирпич глиняный обыкновенный может быть марок от 75 до 300, портландцемент от 300 до 800. Марки нормируются ГОСТами.

Для многих строительных материалов важным показателем является стойкость к действию агрессивных сред. Этот показатель также называют химической (или коррозионной) стойкостью. Особо важным это свойство является для материалов фундаментов, подвальных помещений, канализационных труб, санитарно-технического оборудования. Наиболее стойкими являются керамические материалы, стекло, специальный кирпич. Силикатный кирпич, например, неустойчив к действию растворенной в воде угольной кислоты, поэтому его не используют для фундаментов.

Для материалов органического происхождения (прежде всего древесина) важным свойством является биостойкость - способность противостоять разрушающему действию растительных и животных организмов (грибов, мхов, лишайников). Повышают биостойкость путем обработки антисептиками.

Комплексным показателем качества строительных материалов является долговечность, характеризуемая сроком службы.

Срок службы - время, в течение которого материал или изделие в процессе эксплуатации сохраняют свои свойства на уровне, обеспечивающим его функции. Срок службы обуславливается прочностью, морозостойкостью, износостойкостью, стойкостью к агрессивным средам, биостойкостью. На величину срока службы влияет происходящие под действием атмосферы и других факторов старение материала. Это особенно важно для полимерных материалов, цементов и др.

Безвредность характеризуется способностью материала не выделять в окружающую среду вещества в количествах, вредных для здоровья человека. В связи с этим тщательной санитарно-химической и токсикологической проверке подвергают полимерные материалы (линолеум, облицовочные плитки и т. д.). К этим группам свойств относится электризуемость, также характерная в основном для полимерных материалов. Электризуемость оказывает вредное воздействие на организм человека, увеличивает загрязняемость. Для снятия электризуемости используют антистатики.

Эстетические свойства часто являются решающими при выборе отделочных материалов, особенно для внутренней отделки помещений, таких как обои, плитка, линолеум и т. д. Эти свойства определяются цветом, рисунком, фактурой, блеском, формой, текстурой. Высокими эстетическими свойствами обладают древесина, стекло, керамика, полимерные материалы.

Среди факторов, определяющих потребительские свойства строительных материалов, основное значение имеют:

Исходное сырье, его состав и структура;

Способ производства (повышение пористости, снижение объемной массы кирпича при обжиге);

Нанесение защитно-декоративных покрытий (влияют на защитные свойства - механическую прочность, износостойкость, химическую и водостойкость, твердость, повышение эстетических свойств (глазурование керамических плиток).

Важным аспектом является не только производство строительных материалов высокого качества, но и сохранение качества при хранении и транспортировании. Особенно важно соблюдение правил упаковки, транспортирования для хрупких строительных материалов (стекла, керамики). Для минеральных вяжущих веществ кроме этих правил важно соблюдать правильный режим хранения. При повышении влажности, попадании влаги эти материалы могут полностью утратить свои потребительские свойства.