Строительные материалы

Металлы широко применяют в различных отраслях народного хозяйства, в том числе и в строительстве. Так, при возведении каркасов промышленных и гражданских зданий, пролетных строений мостов используют стальной прокат, в железобетоне — стальную арматуру; применяют также стальные и чугунные трубы, кровельную сталь и другие металлические изделия. Этому способствует ряд ценных технических свойств металлов, которые выгодно отличают их от других строительных материалов: высокие прочность и пластичность обработки давлением (прокатка, штамповка и др.). Наряду с этим металлы обладают и существенными недостатками: имеют большую плотность, при действии различных газов и влаги сильно корродируют, а при высоких температурах значительно деформируются.
Производство и обработка металлов возникли очень давно и на протяжении многих столетий непрерывно совершенствовались. Успехам отечественной металлургии во многом способствовали работы русских ученых. М. В. Ломоносов в труде «Первые основания металлургии и рудных дел» (1763 г.) изложил научные основы процессов выплавки и обработки металлов.
Большой вклад в развитие металловедения — науки, изучающей связи состава, строения и свойств металлов и сплавов, — внесли П. П. Аносов, Д. К. Чернов, М. А. Павлов, А. А. Байков, И. П. Бардин и другие советские ученые.
Металлы разделяют на две основные группы: черные и цветные.
Черные металлы представляют собой сплав железа с углеродом. Кроме того, в них могут содержаться в большем или меньшем количестве и другие химические элементы (кремний, марганец, сера, фосфор). С целью придать черным металлам специфические свойства в их состав вводят улучшающие или легирующие добавки (никель, хром, медь и др.). Черные металлы в зависимости от содержания углерода подразделяют на чугуны и стали.
Чугун — железоуглеродистый сплав с содержанием углерода 2—4,3%- В зависимости от назначения различают чугуны литейные, передельные и специальные. Литейные чугуны применяют для отливки различных строительных деталей. Передельные чугуны используют для производства стали, а специальные чугуны — в качестве добавок при производстве стали и чугунного литья специального назначения. Наличие в чугуне марганца, кремния, фосфора, а также легирующих добавок — никеля, хрома, магния и др.— придает ему высокие механические свойства и обеспечивает высокие жаростойкость и коррозионную стойкость. Чугуны с добавками никеля, хрома, магния и других элементов называют легированными. Высокопрочные чугуны получают модифицированием жидкого чугуна присадками Si, Са и др.
Сталь — ковкий железоуглеродистый сплав с содержанием углерода до 2 %• В зависимости от способа получения стали разделяют на мартеновские, конвертерные и электростали. По химическому составу в зависимости от входящих в сплав химических элементов стали бывают углеродистые и легированные. К углеродистым сталям относят сплавы железа с углеродом и примесями марганца, кремния, серы и фосфора. Углеродистую сталь, полученную различными способами, по характеру застывания принято разделять на спокойную, полуспокойную и кипящую. Легированными называют стали, в состав которых входят легирующие добавки (никель, хром, вольфрам, молибден, медь, алюминий и др.). В зависимости от введенной легирующей добавки сталь называют хромомарганцевой, марганцевоникелемедистой и т. д. Кроме того, по суммарному содержанию добавок стали разделяют на низколегированные (с содержанием легирующих добавок до 2,5%), среднелегированные (с содержанием легирующих добавок от 2,5 до 10 %) и высоколегированные (с содержанием легирующих добавок более 10 %).
По назначению стали могут быть конструкционные, применяемые для изготовления различных строительных конструкций и деталей машин, специальные, характеризующиеся высокой жаро- и износостойкостью, а также коррозионной стойкостью, и инструментальные.
По качеству стали обычно подразделяют на обыкновенные (рядовые), качественные, высококачественные и особо высококачественные.
Цветные металлы в чистом виде весьма редко используют в строительстве. Значительно чаще находят применение сплавы цветных металлов, которые по истинной плотности разделяют на легкие и тяжелые.
Легкие сплавы получают на основе алюминия или магния. Наиболее распространенными легкими сплавами являются алюминиево-марганцевые, алюминиево-кремнеземистые, алюминпево-магниевые и сплавы дюралюминия. Их используют для несущих (фермы и др.) и ограждающих (оконные переплеты и др.) конструкций зданий и сооружений.
Тяжелые сплавы получают на основе меди, олова, цинка, свинца. Среди тяжелых сплавов в строительстве применяют бронзу (сплав меди с оловом или сплав меди с алюминием, железом и марганцем) и латунь (сплав меди с цинком). Из этих сплавов изготовляют архитектурные детали и санитарно-техническую арматуру.

Производство черных металлов из железной руды— сложный технологический процесс, который может быть условно разделен на две стадии. На первой стадии получают чугун, а на второй — его перерабатывают в сталь. Ниже будут рассмотрены только основные положения технологии производства чугуна и стали.
Чугун выплавляют в доменных печах. Исходными материалами для производства чугуна являются железные руды, топливо и флюсы.
Железные руды — горные породы, содержащие железо в виде химических соединений с кислородом и другими элементами. В состав железных руд входят и другие соединения (объединяемые общим названием «пустая порода») в виде кремнезема, глинозема, известняка и т. п. Обычно для производства чугуна используют магнитный железняк Fe304 с содержанием железа до 70 %, красный железняк ?203, содержащий до 65 % железа, и бурый железняк 2?е203-2Н20, содержащий до 60 % железа. Топливом в доменном процессе служит кокс, получаемый при сухой перегонке (сжигание без доступа воздуха) коксующихся каменных углей. Флюсы (плавни) — известняки, доломиты и песчаники применяют для понижения температуры плавления пустой породы и перевода ее и золы топлива в шлак.
Доменная печь представляет собой шахту, снаружи покрытую металлическим кожухом и изнутри футерованную огнеупорным кирпичом. Печь через верхнюю часть, называемую колошником, непрерывно загружают шихтой, чередуя слои руды, флюса и топлива. Для поддержания горения топлива в нижнюю часть печи — горн через фурмы подают под давлением нагретый воздух.
Горение топлива — кокса происходит в верхней части горна за счет кислорода воздуха по реакции С+02=С02. Образующийся при этом углекислый газ поднимается вверх по печи и, встречая на своем пути раскаленный кокс, переходит в оксид углерода: С02+С = 2СО. Оксид углерода восстанавливает оксиды железа до чистого железа, а сам переходит в углекислый газ. Восстановление железа происходит по схеме: ?е203->-?ез04->-?еО—>-?е.
Процесс этот может быть представлен следующими химическими уравнениями:
3Fe203 + СО = 2Ре304 -4- С02: 2?е304 + 2СО = 6?еО -|- 2С02! 6?еО -I- 6СО = GFe -f 6С02.

Восстановление железа из его оксидов происходит во время движения шихты под действием собственной массы от верхней части печи к нижней. В нижней части печи при 900—1100 °С часть восстановленного железа соединяется с углеродом, в результате чего получается карбид железа ?е3С. Этот процесс называют науглероживанием. При температуре около 1150°С начинается плавление науглероженного железа, и образовавшийся жидкий чугун стекает в горн печи. Сюда же стекает расплавленный шлак, который как более легкий материал всплывает над чугуном. Расплавленные чугун и шлак периодически выпускают через специальные отверстия — чугунную и шлаковую летки, причем сначала выпускают шлак, а затем — чугун.
Чугун в расплавленном состоянии подают к разливочным машинам для отливки в «чушки» или в специальных ковшах доставляют в сталеплавильные цехи, где его перерабатывают в сталь. Жидкий шлак из доменной печи используют для производства шлаковой пемзы, гранулированного шлака, каменного литья или сливают в отвал. Побочным продуктом доменного производства является колошниковый газ, который применяют для нужд металлургической промышленности.
Процесс производства стали состоит в уменьшении содержания имеющихся в передельном чугуне примесей (углерода, кремния, марганца, серы, фосфора). Указанные примеси при выплавке стали выгорают либо переходят в шлак. Исходными материалами для выплавки стали являются передельные чугуны, стальной лом, ферросплавы, железная руда и флюсы.
Современными способами производства стали являются конвертерный, мартеновский и электроплавильный (в электропечах).
По конвертерному способу сталь получают в печах-конвертерах. Конвертер (рис. 35) —стальной футерованный сосуд грушевидной формы, поворачивающийся вокруг горизонтальной оси на двух цапфах. В нижней части конвертера имеются фурменные отверстия для подачи воздуха под давлением 0,2—0,25 МПа (изб.). Жидкий передельный чугун заливают из ковша в конвертер, после чего через фурменные отверстия пропускают воздух, обогащенный кислородом. Под воздействием воздуха в расплавленном чугуне образуется закись железа ГеО, которая реагирует с примесями (кремнием, марганцем, фосфором), образуя оксиды, которые переходят в шлак или выгорают, а закись железа при этом восстанавлива

Пемза — пористая порода светло-серого цвета, по внешнему виду похожая на застывшую пену. Плотность ее 400—600 кг/м3, предел прочности при сжатии—2— 4 МП а. Пемза залегает в виде частиц размером от 5 до 30 мм. Применяют ее как заполнитель для легких бето¬нов.
Вулканический пепел, пемза и другие пористые вулканические породы встречаются в Закавказье (Армения), на Северном Кавказе, Камчатке и в других районах.
Вулканический туф — пористая горная порода, состоящая из вулканического пепла, уплотненного и сцемен¬тированного. Туфы имеют разнообразную окраску: розовую, оранжевую, красную, коричневую и др. Они характеризуются значительной пористостью, малыми плотностью и теплопроводностью, достаточными прочностью и долговечностью, хорошо обрабатываются. Эти качества туфов позволяют успешно применять их для облицовки стен зданий; отходы добычи и обработки туфов после дробления и фракционирования используют в качестве заполнителей легких бетонов. Залежи вулканических туфов имется в Армении, Грузии и на Дальнем Востоке.
Обломочные осадочные горные породы как рыхлые (песок и гравий), так и сцементированные (песчаники, конгломераты, брекчии) находят широкое применение в строительстве.
Песок представляет собой рыхлую смесь зерен различных пород крупностью 0,14—5 мм. По составу песок может быть кварцевым, полевошпатовым, известняковым, пемзовым и др., а по происхождению — горным овражпым, речным, морским, дюнным и др. Используют песок в качестве заполнителя в растворах и бетонах.
Гравий — смесь окатанных обломков горных пород размером от 5 до 150 мм служит заполнителем для бетона.
? глинистым осадочным горным породам относят тонкообломочные отложения, состоящие из мельчайших частиц каолинита, кварца, слюды, полевого шпата и др. Применяют их как сырье для керамической и цементной
промышленности.
Песчаники — плотная горная порода, состоящая из зерен кварца, сцементированных различными природными растворами. В зависимости от вида связующего различают песчаники глинистые, известняковые и кремнистые. Физико-механические свойства песчаников зависят от вида цементирующего вещества, крупности и формы сцементированных зерен. Цвет песчаников желтый, серый и даже бурый. Наибольшими плотностью и прочностью обладают кремнистые песчаники, их плотность 2500—2600 кг/м3, предел прочности при сжатии 150— 250 МПа, они отличаются также высокими твердостью и стойкостью к истиранию.
Из песчаников выполняют бутовые камни, плиты для устройства полов промышленных зданий и тротуаров, щебень для бетонов и другие изделия. Песчаник наряду с песком, гравием и глиной имеется во многих районах
нашей страны.
Конгломерат и брекчия — обломочные горные породы, состоящие из сцементированных зерен гравия (конгломераты) или природного щебня (брекчия). Прочность их зависит от прочности входящих в них пород и цементирующих веществ. Эти породы применяют в виде бутового камня и щебня. Месторождения конгломератов и брекчии имеются в Крыму, на Северном Кавказе и в Средней Азии.
К осадочным хемогенным породам относят доломит, магнезит, гипс, ангидрит.
Доломит — плотная горная порода, состоящая из минералов того же названия. По внешнему виду и физико-механическим свойствам доломит очень похож на плотный известняк. Из него изготовляют облицовочные плиты, щебень для бетона, огнеупоров и минеральных вяжущих веществ. Месторождения доломита имеются на Украине и в других районах страны.

Магнезит состоит в основном из минерала магнезита. Применяют его для производства вяжущих веществ и огнеупорных материалов.
Гипсовый камень является плотной горной породой, состоящей в основном из минерала того же названия. Гипсовый камень является сырьем для производства строительного гипса и гипсовых вяжущих. Месторождения гипса имеются в Тульской и Горьковской областях, на Северном Кавказе, Урале, на Украине и в Восточной Сибири.
Из органогенных осадочных пород в строительстве используют плотный известняк, известняк-ракушечник, мел, трепел, диатомит.
Известняк является широко распространенной горной породой, состоящей в основном из минерала кальцита. Цвет известняка и многие его свойства зависят от наличия в нем примесей (глины, кремнезема, оксидов железа и др.). Так, чистый известняк имеет белый цвет, а глинистые примеси придают ему желтоватый оттенок. Порода, состоящая из примеси известняка и глины, называется мергелем. Известняки бывают плотными и пористыми.
Плотные известняки состоят из мелких сцементированных зерен кальцита. Плотность их колеблется от 1800 до 2600 кг/м3, предел прочности при сжатии до 180 МПа. Плотные известняки морозостойки, из них изготовляют плиты и камни для наружной облицовки стен, щебень для бетона, их используют также в качестве сырья для получения извести и портландцемента.
Месторождения известняков широко распространены на территории нашей страны, самые крупные из них известны в Московской и Ленинградской областях, на Украине и Урале, в Молдавии и Средней Азии.
Известняк-ракушечник — пористая горная порода, состоящая из раковин и их обломков, сцементированных известняковым вяжущим. Ракушечники характеризуются большой пористостью, низкой прочностью и малой теплопроводностью; они хорошо поддаются распиловке. Известняк-ракушечник плотностью 800—1500 кг/м3 и прочностью при сжатии 1—3 МПа с успехом употребляют в виде камней и блоков правильной формы для кладки стен жилых зданий, а отходы ракушечника — в виде щебня для легких бетонов. Месторождения его имеются в Крыму, Молдавии, на Украине и в других местах.
Мел является слабосцементированной горной породой, состоящей из микроскопических раковин. Мел белого цвета, его используют в качестве белого пигмента для приготовления красок, замазок, а также при производстве извести и портландцемента.
Диатомит и трепел представляют собой легкие рыхлые горные породы, состоящие в основном из аморфного кремнезема в виде панцирей диатомовых водорослей или скелетов окаменелых организмов. Цвет этих горных пород белый, желтый и черный, плотность 400—1200 кг/м3. Диатомиты и трепелы служат для изготовления теплоизоляционных материалов, в качестве активных минеральных добавок к цементам. Месторождения этих пород имеются во многих районах нашей страны.
Из метаморфических горных пород в строительстве наиболее часто применяют гнейсы, глинистые сланцы, мраморы и кварциты.
Гнейсы по минералогическому составу сходны с гранитами, из которых они образовались, но отличаются от них сланцеватым строением. Окраска гнейсов светлая или пестрая. Физико-механические свойства их близки к свойствам гранитов. В строительстве гнейсы используют для тех же целей, что и граниты. Гнейсы встречаются в Карелии, на Урале, Украине и в Восточной Сибири.
Глинистые сланцы получились из глин в результате сильного уплотнения и действия высоких температур. Цвет их серый или сине-черный. Глинистые сланцы не размокают в воде, легко раскалываются на пластинки толщиной 4—10 мм. Такие пластинки из плотных глинистых сланцев являются долговечным кровельным материалом (природный шифер). Месторождения кровельных сланцев известны на Украине, Северном Кавказе, в Сибири и на Урале.
Мрамор представляет собой зернисто-кристалличес-кую горную породу, образовавшуюся в результате перекристаллизации известняков и доломитов под воздействием высоких температур и давлений. Чистый мрамор имеет белый цвет, но в зависимости от примесей цвет его может быть розовым, красным, серым и даже черным. При неравномерном распределении примесей мраморы имеют пеструю окраску с различными узорами, придающими камню декоративность.
Мрамор характеризуется высокой плотностью и прочностью; плотность его достигает 2800 кг/м3, водопоглощение

не превышает 0,7 %, а предел прочности при сжатии колеблется от 100 до 300 МПа. Мрамор в связи с его невысокой твердостью (3—4) сравнительно легко распиливать на тонкие плиты, шлифовать и полировать. Применяют его для внутренней облицовки стен, изготовления лестничных ступеней, подоконных досок и других изделий, которые, как правило, используют в общественных зданиях и сооружениях. Из отходов обработки мрамора— мраморной крошки изготовляют мозаичные бетонные изделия. Для наружной облицовки зданий мрамор не рекомендуется, так как под действием содержащихся в воздухе газов и влаги он быстро теряет свои декоративные качества.
Богатейшие залежи мрамора имеются на Урале, в Крыму, на Украине, Кольском полуострове, Кавказе и в других районах.
Кварцит является метаморфической разновидностью кремнистых песчаников. Цвет его белый, красный и темно-вишневый. Кварцит характеризуется большой плотностью, хрупкостью и твердостью, а также высокой стойкостью к выветриванию. Плотность его 2500—2700 кг/м3, предел прочности при сжатии достигает 400 МПа. Применяют кварцит в виде тесаного камня и плит для наружной облицовки зданий и сооружений, а также в виде щебня для бетона. Большие залежи кварцита имеются в Карелии.

Строительные материалы, применяемые при возведении зданий и сооружений, характеризуются разнообразными свойствами, которые определяют качество материалов и области их применения. По ряду признаков основные свойства строительных материалов могут быть разделены на физические, механические и химические.
Физические свойства материала характеризуют его строение или отношение к физическим процессам окружающей среды. К физическим свойствам относят массу, истинную и среднюю плотность, пористость, водопоглощение, водоотдачу, влажность, гигроскопичность, водопроницаемость, морозостойкость, воздухо-, паро- и газопроницаемость, теплопроводность и теплоемкость, огнестойкость и огнеупорность.
Масса — совокупность материальных частиц (атомов, молекул, ионов), содержащихся в данном теле. Масса обладает определенным объемом, т. е. занимает часть пространства. Она постоянна для данного вещества и не зависит от скорости его движения и положения в пространстве. Тела одинакового объема, состоящие из различных веществ, имеют неодинаковую массу. Для характеристики различий в массе веществ, имеющих одинаковый объем, введено понятие плотности, последняя подразделяется на истинную и среднюю.
Истинная плотность — отношение массы к объему материала в абсолютно плотном состоянии, т. е. без пор и пустот. Чтобы определить истинную плотность р (кг/м3, г/см3), необходимо массу материала (образца) т (кг, г) разделить на абсолютный объем Уа (м3, см3), занимаемый самим материалом (без пор):
р = mlVa.
Зачастую истинную плотность материала относят к истинной плотности воды при 4° С, которая равна 1 г/см3, тогда определяемая истинная плотность становится как бы безразмерной величиной.
Однако большинство строительных материалов имеет поры, поэтому у них средняя плотность всегда меньше истинной плотности (табл. 1). Лишь у плотных материалов (стали, стекла, битума и некоторых других) и«!тин« пни п средняя плотности практически равны, так как внутренних пор у них весьма мал.

Средняя плотность —физическая величина, определяемой отношением массы образца материала ко всему занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры
Средняя плотность не является величиной постоянной и изменяется в зависимости от пористости материала. I Искуственные материалы можно получать с необходимой средней плотностью, например меняя пористость, получают бетон тяжелый со средней плотностью 1800 - 2500 кг/м3 или легкий со средней плотностью 500— > 1800 кг/м3.
На величину средней плотности влияет влажность материала: чем выше влажность, тем больше средняя плотность. Среднюю плотность материалов необходимо знать для расчета их пористости, теплопроводности, теплоемкости, прочности конструкций (с учетом собственной массы) и подсчета стоимости перевозок материалов.
Для сыпучих материалов (цемент, песок, щебень, грации и др.) определяют насыпную плотность. В объем таких материалов включают не только поры в самом материале, но и пустоты между зернами или кусками материала.
Пористостью материала называют степень заполнения его объема порами. Пористость П дополняет плотность до 1 или до 100 % и определяется по формулам:
П = 1 — рт/р или П= (1 — рт/р) 100%.
Пористость различных строительных материалов колеблется в значительных пределах и составляет для кирпича 25—35 %, тяжелого бетона 5—30, газобетона 55— 85, пенопласта 95 %, пористость стекла и металла равна нулю. Большое влияние на свойства материала оказывает не только величина пористости, но и размер и характер пор: мелкие (до 0,1 мм) или крупные (от 0,1 до 2 мм), замкнутые или сообщающиеся. Мелкие замкнутые поры, равномерно распределенные по всему объему материала, придают материалу теплоизоляционные свойства.
Плотность и пористость в значительной степени определяют такие свойства материалов, как водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость, прочность, теплопроводность и др.
Водопоглощение — способность материала впитывать воду и удерживать ее. Величина водопоглощения определяется разностью массы образца в насыщенном водой и абсолютно сухом состояниях. Различают объемное водопоглощение Wv, когда указанная разность отнесена к объему образца, и массовое водопоглощение Wm, когда эта разность отнесена к массе сухого образца.
Водопоглощение по объему и по массе выражают в процентах и вычисляют по формулам:
Wv = [(т1 - m)/V] ЮО % и Wm = {(т1 - т)/т] 100 % ,
где т1 — масса образца, насыщенного водой, г; т—масса сухого образца, г; V — объем образца в естественном состоянии, см3.
Из этой формулы можно вывести формулу перехода от одного вида водопоглощения к другому: WV—Wmpm.
Водопоглощение различных материалов колеблется в широких пределах. Например, массовое водопоглощение керамических плиток для полов не выше 4 %, керамичеcкого кирпича — 8—20, тяжелого бетона — 2—3, гранита 0,5—0,8, а пористых теплоизоляционных материалов (торфоплиты) —выше 100 %.
Насыщение материалов водой отрицательно влияет ми п.ч основные свойства: увеличивает среднюю плотности1 н теплопроводность, понижает прочность.
Степень снижения прочности материала при предельном пи водонасыщении, т. е. состоянии полного насыпи пня материала водой, называется водостойкостью и чаракіерпзуется значением коэффициента размягчения
Коэффициент размягчения для разных материалов колеблется от 0 (необожженные глиняные материалы) до 1 (стекло, сталь, битум). Материалы с коэффициентом размягчении не менее 0,8 относят к водостойким. Их разрешается использовать в строительных конструкциях, находящихся и воде и в местах с повышенной влажностью.
Влажность материала определяется содержанием влаги, отнесенным к массе материала в сухом состоянии. Влажность, материала зависит как от свойств самого материала (пористости, гигроскопичности), так и от окружающей его среды (влажность воздуха, наличие контакта с водой.
Влагоотдача - свойство материала отдавать влагу окружающему воздуху, характеризуемое количеством воды (н процентах по массе пли объему стандартного образца), теряемой материалом в сутки при относительной влажности окружающего воздуха 60% и температуре
Величина влагоотдачи имеет большое значение для многих материалов и изделий, например стеновых панелей м блоков, мокрой штукатурки стен, которые в процессе возведения здания обычно имеют повышенную влажность, а в обычных условиях благодаря влагоотдаче высыхают: вода испаряется до тех пор, пока не установится равновесие между влажностью материала стен и влажностью окружающего воздуха, т. е. пока материал не достигнет воздушно-сухого состояния.
Гигроскопичностью называют свойство пористых материалов поглощать определенное количество воды при повышении влажности окружающего воздуха. Древесина и некоторые теплоизоляционные материалы вследствие гигроскопичности могут поглощать большое количество воды, при этом увеличивается их масса, снижается прочность, изменяются размеры. В таких случаях для деревянных и ряда других конструкций приходится применять защитные покрытия.
Водопроницаемость — свойство материала пропускать воду под давлением. Величина водопроницаемости характеризуется количеством воды, прошедшей в течение 1 ч через 1 см2 площади испытуемого материала при постоянном давлении. К водонепроницаемым материалам относятся особо плотные материалы (сталь, стекло, битум) и плотные материалы с замкнутыми порами (например, бетон специально подобранного состава).
Морозостойкость — свойство насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности.
Замерзание воды, заполняющей поры материала, сопровождается увеличением ее объема примерно на 9 %, в результате чего возникает давление на стенки пор, приводящее к разрушению материала. Однако во многих пористых материалах вода не может заполнить более 90 % объема доступных пор, поэтому образующийся при замерзании воды лед имеет свободное пространство для расширения. Разрушение материала наступает только после многократного попеременного замораживания и оттаивания.
Принимая во внимание неоднородность строения материала и неравномерность распределения в нем воды, удовлетворительную морозостойкость можно ожидать у таких пористых материалов, в которых вода заполняет не более 80% пор, т. е. объемное водопоглощение таких материалов составляет не более 80 % открытой пористости. Плотные материалы, не имеющие пор, или материалы с незначительной открытой пористостью, водопоглощение которых не превышает 0,5%, обладают высокой морозостойкостью. Морозостойкость имеет большое значение для стеновых материалов, систематически подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию, а также для материалов, применяемых в фундаментах и кровельных покрытиях.
Материалы на морозостойкость испытывают в холодильных камерах путем замораживания насыщенных волей образцов при температуре —15—17°С и последующего их оттаивания в воде при температуре около 20 °С. Материал признают морозостойким, если после заданного числа циклов замораживания и оттаивания потеря в массе образцов в результате выкрашивания и расслаивания не превышает 5 % и прочность снижается не более • к м на 25 %. Если образцы после замораживания не имеют следов разрушения, то степень морозостойкости устанавливают определением коэффициента морозостойкости
Для морозостойких материалов Кмрз должен быть не менее 0,75.
По числу выдерживаемых циклов попеременного замораживания и оттаивания (степени морозостойкости) материалы подразделяют на марки Мрз 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и более. К строительным материалам в зависимости от вида конструкции и характера работы сооружения предъявляют различные требования по морозостойкости. Так, морозостойкость керамического кирпича должна быть не менее 15 циклов, а конструктивного бетона и гидротехнических сооружениях — 200 циклов и более
Паро- и газопроницаемость — свойство материала пропускать через свою толщу под давлением водяной пар или газы (воздух). Все пористые материалы при наличии незамкнутых пор способны пропускать пар или газ.
Паро- и газопроницаемость материала характеризуется соответственно коэффициентом паро- или газопроницаемости, который определяется количеством пара или газа в л, проходящего через слой материала толщиной I м н площадью 1 м2 в течение 1 ч при разности парциальных давлений на противоположных стенках 133,3 Па. Паропроницаемость следует учитывать при выборе материалов для изоляции холодильников или других сооружений и объектов, работающих при температурах более низких, чем температура окружающего воздуха, так как в этом случае водяные пары проникают из окружающего воздуха в изолируемую конструкцию, конденсируются и превращаются в капли воды, что приводит к увлажнению конструкции и значительному ухудшению ее теплозащитных свойств.
Воздухопроницаемость материалов следует учитывать при применении их в наружных стенах и покрытиях зда-них, а газопроницаемость — при применении их в конструкциях специальных сооружений (например, газгольдерах).
Теплопроводность — свойство материала передавать через толщу теплоту при наличии разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Теплопроводность материала оценивается количеством теплоты, проходящей через стену из испытуемого материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 за 1 ч при разности температур противоположных поверхностей стены 1 °С. Теплопроводность измеряется в Вт/(м-К) или Вт/(м-°С).
Теплопроводность материала зависит от многих факторов: природы материала, его строения, пористости, влажности, а также от средней температуры, при которой происходит передача теплоты. Материал кристаллического строения обычно более теплопроводен, чем материал аморфного строения. Если материал имеет слоистое или волокнистое строение, то теплопроводность его зависит от направления потока теплоты по отношению к волокнам, например теплопроводность древесины вдоль волокон в 2 раза больше, чем поперек волокон.
На теплопроводность материала в значительной мере влияют величина пористости, размер и характер пор. Мелкопористые материалы менее теплопроводны, чем крупнопористые, даже если их пористость одинакова. Материалы с замкнутыми порами имеют меньшую теплопроводность, чем материалы с сообщающимися порами. Теплопроводность однородного материала зависит от величины его средней плотности. Так, с уменьшением плотности материала теплопроводность уменьшается и наоборот. Теплопроводность в воздушно-сухом состоянии тяжелого бетона 1,3—1,6, керамического кирпича 0,8—0,9, минеральной ваты 0,06—0,09 Вт/(м-°С). Кроме того, на теплопроводность материала значительное влияние оказывает его влажность. Влажные материалы бо-
Теплопроводны, чем сухие. Объясняется это тем, что и теплопроводность воды в 25 раз выше теплопроводности воздуха. При повышении температуры теплопроводность увеличивается, что имеет значение для теплоизоляционных материалов, применяемых для изоляции трубопроводов, котельных установок и др.
Знать теплопроводность материала необходимо при нагревании расчете толщины стен и перекрытий отапливаемых зданий, а также при определении требуемой толщины тепловой изоляции горячих поверхностей, например трубопроводов, заводских печей и т. д.
Теплоемкость — свойство материала поглощать при нагревании определенное количество теплоты и выделять ее при охлаждении.
Показателем теплоемкости служит удельная теплоемкость, равная количеству теплоты (Дж), необходимому л ли нагревания 1 кг материала на 1 °С. Удельная теплоемкость, кДж(кг-°С), искусственных каменных материалов 0,75—0,92, древесины — 2,4—2,7, стали — 0,48, воды—4,187,
Теплоемкость материалов учитывают при расчетах теплоустойчивости степ и перекрытий отапливаемых зданий, подогрева составляющих бетона и раствора для зимних работ, а также при расчете печей.
Огнестойкость — способность материала противостоит!, действию высоких температур и воды в условиях пожара. По степени огнестойкости строительные материалы делят на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.
Несгораемые материалы под действием огня или высокой температуры не • воспламеняются, не тлеют и не обугливаются. К этим материалам относят природные каменные материалы, кирпич, бетон, сталь. Трудносгораемые материалы под действием огня с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются, но после удаления источника огня их горение и тление прекращаются. Примером таких материалов могут служить древесно-цементный материал фибролит и асфальтовый бетон. Сгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня. К этим материалам в первую очередь следует отнести дерево, войлок, толь и рубероид.
Огнеупорностью называют свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не расплавляясь и не деформируясь. По степени огнеупорности материалы делят на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие.
Огнеупорные материалы способны выдерживать продолжительное воздействие температуры свыше 1580 °С. Их применяют для внутренней облицовки промышленных печей (шамотный кирпич). Тугоплавкие материалы выдерживают температуру от 1350 до 1580 °С (гжельский кирпич для кладки печей). Легкоплавкие материалы размягчаются при температуре ниже 1350 °С (обыкновенный глиняный кирпич).