Тема 1. Строение и свойства строительных материалов

Общие сведения о работе материалов в конструкциях зданий и сооружений. Определение и классификация свойств строительных материалов и методы оценки их качественных характеристик. Основные сведения о строении материалов. Составы (химический, минеральный, фазовый) и структура материалов – однородная и неоднородная, гомогенная и гетерогенная, кристаллическая и аморфная, зернистая, конгломератная, ячеистая, волокнистая, слоистая и др. Изотропность и анизотропность строительных материалов. Взаимосвязь состава, структуры и свойств материалов. Фактура материалов. Понятие о композиционных материалах.

Структурно-физические свойства – плотность (истинная, средняя, насыпная, плотность зерен заполнителя), пористость (открытая и закрытая) и пустотность. Связь плотности с другими свойствами. Влияние пористости, строения и размера пор на качественные характеристики строительных материалов.

Гидрофизические свойства – водопоглощение (по массе и по объему), коэффициент насыщения, влажность, гигроскопичность, влагоотдача, равновесное состояние сорбции и десорбции, эксплуатационная влажность, водо-, воздухо-, газо- и паропроницаемость. Взаимосвязь содержания влаги с другими свойствами строительных материалов. Методы оценки гидрофизических свойств строительных материалов.

Теплофизические свойства. Теплопроводность, зависимость теплопроводности от структурно-физических характеристик, влажности и температуры материалов. Термическое сопротивление, теплоемкость и тепловое расширение. Механизм теплового расширения и влияние структуры материала на тепловое расширение. Температура плавления, огнеупорность, огнестойкость и термическая стойкость материалов.

Акустические свойства – звукопроводность, звукоизоляция и звукопоглощение. Воздействие звуковых волн на материалы ограждающих конструкций. Зависимость звукопоглощения от характера поверхности, пористости и других характеристик материалов.

Эстетические свойства – форма, цвет, блеск, фактура, рисунок и текстура поверхности. Их значение в оценке качества и выборе отделочных материалов.

Химические свойства – химическая активность, дисперсность, растворимость в различных средах, гидрофильность и гидрофобность.

Технологические свойства – вязкость, структурная прочность, адгезия и когезия, время и степень высыхания (отверждения). Способы оценки технологических свойств.

Механические свойства – деформации, упругость, пластичность, модуль упругости. Причины и механизм образования пластических и упругих деформаций. Прочность строительных материалов и изделий (реальная и теоретическая). Общие положения относительно прочности и разрушения материалов. Связь прочности с составом и строением материалов. Пределы прочности при сжатии, растяжении и изгибе. Влияние различных факторов на прочность строительных материалов, и схемы возможного разрушения. Критерии и методы оценки прочности с разрушением и без разрушения образцов. Разделение строительных материалов на марки и классы по прочности. Коэффициент конструктивного качества, хрупкость, эластичность, ударная вязкость, ползучесть, истираемость, твердость. Способы оценки твердости и истираемости строительных материалов.

Эксплуатационные свойства – атмосферостойкость, водостойкость, коэффициент размягчения, морозостойкость. Механизм разрушения структуры пористых материалов при замораживании и оттаивании. Факторы, влияющие на морозостойкость материалов. Количественная оценка морозостойкости. Пожарная безопасность зданий и сооружений – огнестойкость, горючесть и воспламеняемость материалов. Классификация строительных материалов по степени огнестойкости, горючести и воспламеняемости. Качественная и количественная оценка огнестойкости строительных материалов в конструкциях.

Коррозионная и радиационная стойкость. Факторы, влияющие на коррозионную и радиационную стойкость строительных материалов. Оценка и общие принципы повышения коррозионной стойкости строительных материалов. Долговечность строительных материалов в различных средах эксплуатации, надежность и методы их оценки и прогнозирования.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Приведите химический, минералогический и фазовый составы материалов.

2. Что такое структура материалов? Что понимается под микро- и макроструктурой материалов?

3. Как Вы понимаете аморфное и кристаллическое состояние веществ? Приведите примеры.

4. Приведите примеры изотропных и анизотропных строительных материалов.

5. Что понимается под гомогенными и гетерогенными системами.

6. Дайте определение композиционным строительным материалам. Приведите примеры.

7. Какие основные физико-механические свойства определяют качество материала и предопределяют область его применения?

8. Дайте определение физическим свойствам материалов: плотности, пористости и пустотности; приведите формулы и численные значения для отдельных видов строительных материалов.

9. Что такое истинная и средняя плотность, и как их определяют? Может ли быть численное значение истинной плотности меньше средней плотности?

10. Что такое насыпная плотность? Как ее определить?

11. В чем различие между истинной, средней и насыпной плотностью строительного материала? Как изменяются их численные значения с увеличением пористости?

12. Что такое пористость, как она вычисляется, и как влияет пористость на основные свойства материалов? Приведите примеры пористых и плотных материалов.

13. Как открытая и закрытая пористость влияют на морозостойкость, теплопроводность и акустические свойства материалов?

14. Перечислите свойства материалов по отношению к действию воды.

15. Как вы понимаете термины «водопоглощение», «водостойкость» и «коэффициент размягчения материала»? Объясните причины снижения прочности материалов при их увлажнении.

16. Почему водопоглощение по объему, как правило, меньше пористости материала?

17. Что характеризует собой коэффициент размягчения материала, что выражает его численное значение, и от чего он зависит?

18. Что такое влажность, и как она характеризует пористость материала? Как изменяются свойства материалов с изменением их влажности? Приведите примеры.

19. Что называется гигроскопичностью материала, и от чего она зависит?

20. Опишите особенности такого свойства материалов, как водонепроницаемость, и пути управления ею. Приведите примеры водонепроницаемых материалов.

21. Влияние влажности, попеременного увлажнения и высыхания на свойства материалов.

22. Перечислите свойства материалов по отношению к действию тепла и холода.

23. Расскажите о поведении влаги в материалах и изделиях при отрицательных температурах и укажите, какие материалы являются морозостойкими.

24. Что такое морозостойкость, каковы методы определения и пути ее повышения. Что означает марка бетона по морозостойкости F 500?

25. Как открытая и замкнутая пористость материалов влияют на морозостойкость изделий и конструкций? Какими показателями оценивается морозостойкость строительных материалов?

26. Назовите основные теплофизические свойства строительных материалов, приведите их определения, формулы, размерность.

27. Что понимается под теплопроводностью, и как она учитывается при выборе материала для ограждающих конструкций жилых зданий?

28. Как зависит теплопроводность материала от его пористости, влажности, температуры? Приведите примеры теплоизоляционных материалов и их численные значения теплопроводности.

29. Какие факторы влияют на теплопроводность строительных материалов?

30. Что понимается под теплостойкостью и теплоемкостью строительных материалов?

31. Что понимается под термическим сопротивлением слоя материала? Как определяется термическое сопротивление ограждающей конструкции?

32. Какие показатели характеризуют пожарную опасность строительных материалов?

33. Приведите классификацию строительных материалов по пожарной опасности.

34. Охарактеризуйте свойства материалов: огнестойкость и огнеупорность. Понятие о пределах огнестойкости.

35. Как вы понимаете свойства материалов: деформативность, упругость, пластичность, прочность? Приведите примеры упругих и пластичных строительных материалов.

36. Приведите формулы определения прочности строительных материалов. Экспериментальное определение пределов прочности при сжатии, растяжении и изгибе.

37. Приведите примеры материалов, хорошо работающих на сжатие и на изгиб; рассмотрите, как влияет влажность на эти характеристики для разных материалов.

38. Как определить прочность бетона с разрушением и без разрушения образца? Перечислите методы неразрушающего контроля прочности строительных материалов.

39. Приведите размерность величин, выражающих основные свойства строительных материалов: плотность, пористость, водопоглощение, влажность, теплопроводность, термическое сопротивление, теплоемкость, прочность и др.

40. Что характеризует коэффициент конструктивного качества?

41. Что такое истираемость и твердость, и как их определяют?

42. Как Вы понимаете свойства материалов: структурная прочность, вязкость, адгезия и когезия.

43. Что называется химической стойкостью материала, как она зависит от его состава и строения, и в чем сущность процессов коррозии? Как можно повысить химическую и коррозионную стойкость материалов?

44. Что понимают под радиационной стойкостью материалов, какие факторы ее определяют?

45. Что такое долговечность и старение материалов?