Будівництво та все що з ним пов'язане

Більшість будівельних матеріалів - це пористі тіла. Пори займають лише частину обсягу тіла, решта припадає на тверду фазу.

Щільність і пористість змінюються в широких межах і тим самим роблять значний вплив на властивості. З підвищенням щільності зростає і міцність матеріалу. З іншого боку, чим менше щільність, тим легше стає конструкція. Повітря, що знаходиться в порах, має малу теплопровідність, і чим вище пористість матеріалу, тим краще його теплоізолюючі властивості. Тому прагнуть отримати теплоізоляційні матеріали з можливо більш низькими значеннями рт (не більше 600кг/м3).

Властивості матеріалу залежать не тільки від сумарного об'єму пор. Велике значення має характер пористості. Розрізняють відкриті і замкнуті пори. Відкриті пори повідомляються між собою і виходять на поверхню матеріалу. Тому матеріал з відкритими порами легко насичується водою. У зволоженому стані він починає добре проводити теплоту, так як повітря в порах заміщається водою, теплопровідність якої в 25 разів більше. Будівельні матеріали, що володіють переважно відкритою пористістю, погано чинять опір фізичним та хімічним корозійних впливів.

У деяких випадках відкриту пористість формують в структурі матеріалу навмисне. Це відноситься, наприклад, до звукопоглинальним виробам, дренажним трубах з кераміки або керамзитобетону.

Розміри пір також різні: від декількох міліметрів до мікрометра і менше. У теплоізоляційних матеріалах намагаються формувати пори мінімального розміру. При цьому теплопередача через товщу матеріалу скорочується через зменшення конвекції і випромінювання. У гідротехнічному бетоні, що піддаються напірного впливу води, також повинні міститися переважно дрібні пори, оскільки при діаметрі пір менше 1 мкм не відбувається фільтрації води через тіло бетону.

Замкнені пори, не насититься водою, і напівзамкнене, в які вода проникає тільки під тиском, підвищують стійкість матеріалу.

За фізичним змістом поняття порожнистість і пористість аналогічні. При виготовленні бетону і будівельного розчину прагнуть використовувати сипучі наповнювачі - пісок, щебінь або гравій з мінімальною пустотностью. У цьому випадку для заповнення пустот буде потрібно менше цементу і бетон буде дешевше.

Активність тонких порошків, наприклад цементу, залежить від розміру частинок: чим менше частки, тим активніше цемент. До узагальненій характеристиці фізичного стану порошків відноситься питома поверхня, яка представляє собою відношення сумарної площі поверхні всіх частинок до маси частинок або займаного ними обсягом.

Таким чином, чим тонше частинки, тим більша питома поверхня порошку. Збільшуючи її, отримують спеціальні види портландцементу, наприклад быстротвердеющий.

Дуже часто в процесі експлуатації будівельні конструкції зволожуються і властивості матеріалу змінюються. Щоб отримати чисельні характеристики властивостей матеріалу, що піддається дії вологи, використовують такі поняття. Водопоглинання характеризує здатність пористого матеріалу вбирати і утримувати в порах крапельно-рідку вологу. Ця властивість відображає максимальну кількість вологи, яке може поглинути матеріал, тому його іноді називають максимальною вологоємністю. До чисельних характеристик відносяться водопоглинання за масою і водопоглинання за об'ємом. Водопоглинання по масі дорівнює відношенню маси води, повністю насичує матеріал, до маси сухого матеріалу.

Водопоглинання по масі легко визначити дослідним шляхом. Для цього зважують пробу сухого матеріалу т, потім повністю насичують його водою і визначають масу в водонасиченому стані тн. Різниця тн - т дорівнює масі поглиненої води т'я. Водопоглинання різних матеріалів, що залежить від характеру пористості, може змінюватися в широких межах. Значення WM становлять для граніту 0,02 ... 0,7%, важкого бетону - 2 ... 4, цегли - 8 ... 20, легень теплоізоляційних матеріалів з відкритою пористістю - 100% і більше. Водопоглинання за обсягом ніколи не перевищує пористості, так як обсяг ввібрала матеріалом води не може бути більше обсягу пір.

Величини WM і W0 характеризують граничний випадок, при якому матеріал більше не в змозі вбирати вологу. В реальних конструкціях матеріал може містити деяку кількість вологи, отриманої при короткочасному зволоженні краплинно-рідкою водою або в результаті конденсації в порах водяної пари з повітря. У цьому випадку стан матеріалу характеризують вологістю.

Зволоження призводить до зміни багатьох властивостей матеріалу. Підвищується вага будівельної конструкції, зростає теплопровідність. У реальному матеріалі завжди є безліч дефектів структури, серед яких найбільш небезпечні мікротріщини. Вода має розклинюється дією і, потрапляючи в мікротріщини, збільшує їх протяжність. В результаті зростає частка дефектів в структурі, що позначається на міцності матеріалу.

У найбільш водостійких матеріалів - граніту, важкого бетону - значення кв наближаються до одиниці, у неводостойкіх - будівельного картону, необпаленої глини - вони близькі до нуля.

Під дією вологи пористі матеріали набухають. При висиханні відбувається зворотний процес - усадка. Обидва ці процеси, які протікають в обсязі конструкції нерівномірно, викликають значні структурні напруги в матеріалі. В результаті при набуханні виріб або конструкція можуть покоробитися, а при усадці в матеріалі - виникнути тріщини. Відносні деформації усадки будівельного розчину досягають 0,5 ... 1 мм / м, бетону - 0,3 ... 0,7 мм / м. Для зменшення усадочних деформацій природні матеріали просочують спеціальними речовинами, у композиційних штучних матеріалів, наприклад бетону, регулюють склад.

Морозостійкістю називають здатність насиченого водою матеріалу витримувати багаторазове поперемінне заморожування і відтавання. Марка по морозостійкості F позначає найбільше число циклів заморожування - відтавання, яке витримують зразки матеріалу без зниження міцності на стиск більше 15% (для деяких матеріалів 25%); втрата маси при цьому не повинна перевищувати 5%.

У зовнішніх конструкціях, що піддаються дії води і змінних температур, морозостійкість є визначальним фактором довговічності. Проектну марку матеріалів по морозостійкості встановлюють з урахуванням виду та умов експлуатації конструкції, а також клімату. Наприклад, для зведення зовнішніх стін вживають легкий бетон і керамічна цегла марок по морозостійкості F15, F25 і F35. Дорожній бетон, що працює у більш важких умовах, виготовляють марок F50 ... F200, а гідротехнічний - до F500.

Метод оцінки морозостійкості кам'яних матеріалів шляхом багаторазового заморожування і відтавання зразків, запропонований професором Петербурзького інституту інженерів шляхів сполучення Н.А. Белелюбського, був прийнятий в 1886 р. на Міжнародній конференції з випробування матеріалів. Цей метод застосовують і зараз у всіх країнах.

Для випробування на морозостійкість стандартні зразки матеріалів або цілі штучні вироби (наприклад, цегла) спочатку насичують водою. Після цього їх заморожують при температурі від -15 до -20 С. Потім зразки витягують з морозильної камери і відтають у воді кімнатної температури. Таке заморожування й відтавання становить один цикл випробування. Зі збільшенням числа циклів в структурі матеріалу відбуваються незворотні зміни, які призводять до падіння міцності.

Будівельні конструкції в процесі експлуатації піддаються постійному або змінному тепловому впливу. Для характеристики властивостей матеріалу в цьому випадку використовують поняття теплопровідності, теплоємності, термічного розширення, вогнестійкості.

Теплопровідність - властивість матеріалу передавати теплоту при перепаді температур на протилежних поверхнях конструкції. Кількість теплоти Q, що проходить через захисну поверхню, наприклад через стіну, залежить від площі поверхні, перепаду температури, товщини стіни, тривалості проходження теплового потоку, а також від деякого коефіцієнта X, що характеризує специфічні властивості матеріалу.

Конструкційні матеріали - важкий бетон, метали - відрізняються значно більшою теплопровідністю.

Теплоємністю називають властивість матеріалу поглинати теплоту при нагріванні або віддавати при охолодженні. Вона характеризується питомою теплоємність, яка дорівнює кількості теплоти (кДж), необхідної для нагрівання 1 кг матеріалу на один градус. Питома теплоємність неорганічних будівельних матеріалів знаходиться в межах від 0,4 до 1 кДж (кг • К), сухої деревини - 1,7 ... 2 кДж. У води найбільша теплоємність - 4,2 кДж, тому при зволоженні матеріалів їх теплоємність зростає. Чисельні характеристики теплоємності використовують при розрахунку теплостійкістю огороджувальних конструкцій. Крім того, значення з треба знати для розрахунку витрат палива та енергії на обігрів матеріалів і конструкцій при зимових роботах.

Термічне розширення характеризує властивість матеріалу змінювати розміри-при нагріванні. За небагатьма винятками будівельні матеріали при цьому розширюються. Для чисельної характеристики такого явища використовують температурний коефіцієнт лінійного розширення, що дорівнює відносному подовженню матеріалу при нагріванні його на один градус.

Внаслідок термічного розширення деформації матеріалу в конструкції досягають значних величин, тому в спорудах великої протяжності щоб уникнути розтріскування передбачають деформаційні шви.

Вогнетривкість - властивість матеріалу витримувати тривалий вплив високих температур, не розм'якшуючись і не деформуючись. Вогнетривкими вважають матеріали, що витримують температуру більше 1580 ° С. Матеріали, що працюють в температурному інтервалі 1350 ... 1580 ° С, називають тугоплавкими, а при температурі менше 1350 ° С - легкоплавкими. Вогнестійкість - властивість матеріалу чинити опір дії вогню при пожежі. Основна характеристика будівельних конструкцій в умовах пожежі - ступінь вогнестійкості, яка залежить від спаленність матеріалу та межі вогнестійкості конструкції.

Спаленність - це здатність матеріалу займатися і горіти. Матеріали бувають вогнетривкими, вогнестійкими і горять.

Вогнетривкі матеріали під дією вогню або високої температури не запалали, не тліють і не обвуглюються. До них відносяться такі неорганічні матеріали, як, наприклад, бетон і сталь.

Вогнестійкими матеріали спалахують, тліють або обвуглюються лише в присутності джерела запалювання. Після видалення вогню горіння чи тління припиняється. До цієї групи входять, зокрема, асфальтобетон, самозатухаючий пінопласт, деревина, просочена спеціальними речовинами - антипиренами.

Горючих матеріали продовжують горіти або тліти навіть після видалення джерела запалювання, тобто здатні до самостійного горіння в атмосфері нормального складу. До них відносять органічні матеріали: деревину, будівельні пластмаси, бітумінозні покрівельні та гідроізоляційні матеріали та ін

Межа вогнестійкості - це проміжок часу (хвилини або години) від початку спалаху до виникнення в конструкції граничного стану. Граничним станом вважають втрату несучої здатності, тобто обвалення конструкції; виникнення в ній наскрізних тріщин, через які на протилежну поверхню можуть проникати продукти горіння і полум'я! недопускаемий нагрів протилежної дії вогню поверхні, який може викликати мимовільне загоряння інших частин споруди.

Помилково вважають, що для виготовлення вогнестійкою конструкції досить лише застосувати вогнетривкий матеріал. Це умова необхідна, але воно недостатньо. Деякі вогнетривкі матеріали (граніт, азбестоцемент) при пожежі розтріскуються, металеві конструкції сильно деформуються. Їх доводиться захищати більш вогнестійкими матеріалами.