Строительные материалы. виды и свойства

Строительные материалы и изделия  — это материалы и изделия, которые используют при возведении, ремонте и реконструкции зданий (жилых, общественных, промышленных), сооружений (линейных или площадных объектов), а также их частей [1] .

Строительный материал (от лат. materia – вещество) — вещество, совокупность веществ или промежуточный продукт их переработки, уже преобразованный или же который может быть преобразован в продукты труда определенной формы и состава с целью их практического применения непосредственно или с предварительным преобразованием в изделия, используемые в строительных целях, то есть для возведения зданий и сооружений, изготовления строительных конструкций и защитно-отделочных покрытий [2] .

Сырьё (сырой материал) — предмет труда, подвергшийся ранее обработке с целью дальнейшего применения в строительстве [2] .

Изделие — единица продукции, имеющая определённую форму, являющаяся элементом строительной конструкции, изготовленным вне места его непосредственного применения. Поставляется в готовом виде [2] .

Строительные материалы и изделия применяются при любом виде строительства. В отдалённом прошлом их выбор был скуден: природные камни, глина, дерево, шкуры животных. В современности к ним добавилось множество современных материалов и изделий, их ассортимент — сотни тысяч наименований. Применяются они для разных целей — не только для несущих конструкций, но и для улучшения эксплуатационных качеств, улучшения внешнего вида сооружений и т.д. [1]

Классификация строительных материалов

По виду исходного сырья , что обычно определяет основные характеристики, строительные материалы и изделия подразделяют на [1] :

• древесные, получаемые при механической обработке сырья;
• природные каменные, получаемые из различных горных пород с помощью механической обработки;
• керамические, получаемые высокотемпературной обработкой глины с различными добавками при помощи формования, сушки и обжига;
• силикатные, получаемые из расплавов солей кремниевой кислоты с другими химическими компонентами;
• металлические, получаемые различными видами обработки металлов (их сплавов);
• полимерные, получаемые на основе синтетических полимеров;
• органические вяжущие, получаемые из битума и других продуктов нефтепереработки — асфальты, гидроизоляционные материалы;
• минеральные вяжущие — порошкообразные неорганические вещества, которые образуют затвердевающие смеси с водой (цемент как пример);
• композиционные материалы объединяют в себе свойства нескольких компонентов, обычно представляют собой изделия из вяжущих веществ, армированных другими элементами, железобетон как пример. Такие материалы на неорганической основе нередко называют искусственными безобжиговыми каменными материалами, к ним относятся, например, гипсокартон и асбестоцемент.

По способу получения  искусственные материалы подразделяются на группы [5] :

• материалы, получаемые высокотемпературной обработкой минерального сырья, а именно — из минеральных расплавов, спеканием сырьевых смесей, а также получаемые термическим разложением или твёрдофазными реакциями с выделением тепла;
• композиционные на основе неорганических вяжущих веществ с использованием химических реакций вяжущих веществ с водой;
• композиционные на основе органических связующих веществ (битумов и полимеров).

Часто обобщённо говорят о классификации  по технологическому признаку , то есть комбинации классификаций по виду сырья и способа изготовления. Например, стекло и металлы получают плавлением из разных видов сырья. Так сложилось исторически, потому что свойства материалов в основном зависят именно от вида сырья и способа его переработки, особенно для традиционных материалов; то есть классификации по назначению вторичны, поскольку применение материала зависит от его свойств [3] .

По составу   строительные материалы подразделяют на [3][1] :

• минеральные;
• органические;
• металлические;
• комбинированные (не путать с композитными).

По происхождению  строительные материалы подразделяют в соответствии с глубиной переработки сырья при их изготовлении [1] :

• природные — полученные механической обработкой материалов, которые непосредственно имеются в природе, такие как камень, древесина и пр.;
• искусственные — полученные при обработке природного сырья температурой и/или химическими методами, при этом изменяется химический и/или структурный состав материала (изготовление кирпича, стекла и пр.).

По степени готовности  строительные материалы подразделяют на  [1] :

• непосредственно строительные материалы, которые необходимо перед использованием подвергнуть специальной обработке (замесить бетон как пример);
• строительные изделия, то есть готовые детали и элементы, которые монтируются в неизменном виде (санитарно–технические изделия как пример).

Иногда используется классификация  по условиям отвердевания  строительных материалов, не столь однозначная, как выше приведённые [1] :

• материалы, отвердевающие при нормальных температурах и обычных условиях по давлению, влажности и т.д.;
• материалы, отвердевающие лишь при высоких температурах, давлении и т.д.;
• материалы, отвердевающие при остывании расплавов, которые в таком случае являются вяжущего веществом.

][5][3] :

По назначению  строительные материалы и изделия подразделяют на группы [1][5][3] :

• общего назначения, которые при возведении практически любых строительных конструкций, которые дополнительно типологизируют на конструкционные (которые держат нагрузки), ограждающие или стеновые, выполняющие как несущую, так и теплоизолирующую функции [5] , а также отделочные;
• специального назначения, улучшающие эксплуатационные свойства объектов в целом или по специфическому свойству (огнеупорные как пример). Выделяют большие группы материалов: теплоизоляционные, акустические материалы (звукопоглощающие и звукоизоляционные), гидроизоляционные и герметизирующие.

Дополнительно выделяют [6 ] :

• заполнители для бетона, естественные и искусственные, из пористых материалов;
• штучные санитарно-технические изделия и трубы.

Свойства строительных материалов и изделий подразделяют на несколько групп.

Физические свойства подразделяют на [8 ] [5 ] [

2 ] [3] [4] [6] :

• структурные характеристики : истинная (или абсолютная [5] ) плотность (в максимально уплотнённом состоянии), средняя плотность (в естественном состоянии), насыпная плотность, пористость (абсолютная и замкнутая [5] ), сыпучесть, удельная поверхность;

• гидрофизические характеристики: влажность, водопоглощение (по массе и по объёму), гигроскопичность, влагоотдача, водо- и паронепроницаемость;

• теплофизические свойства: морозостойкость, теплопроводность, теплоёмкость, огнеупорность (воздействие высоких температур, огнестойкость (воздействие открытого огня), термическая стойкость (к циклам резкой смены температур), а также тепловое расширение материала [5 ] ;

• акустические свойства: звукопроводность (передача акустических колебаний через толщу материала) и звукопоглощение (поглощение и отражение звука); эта характеристика зависит от обработки поверхности материала [3] .

Химические свойства — способность сопротивляться химически агрессивной среде, поэтому говорят о стойкостях материла; выделяют 

[ 8] [3] [6] :

к оррозионную (обычно для воздуха, но далеко не только);

б иостойкость (обычно для органических природных материалов);

радиационную;

химическую активность

• Механические свойства дополнительно рассматривают как деформативные, то есть изменение формы изделия вследствие нагрузки, и прочностные — способность выдерживать нагрузку без разрушения структуры материала, так называемые пределы прочности. Выделяют следующие механические свойства [8] [2] [3] [4] [6] :

• прочность;
• теоретическая прочность (идеально бездефектного изделия при квазистатической нагрузке);
• предел прочности при сжатии;
• предел прочности при изгибе;
• коэффициент конструктивного качества (учитывает прочность на сжатие и плотность материала);
• твёрдость;
• истираемость;
• износ (учитывает истираемость и ударные нагрузки);
• хрупкость;
• деформация;
• разрушение;
• пластичность;
• упругость;
• коэффициент поперечной деформации (Пуассона);
• ползучесть под действием постоянной механической нагрузки;
• релаксация (самопроизвольное снижение напряжений при сохнранении механической нагрузки);
• текучесть (обратна вязкости).

Технологические свойства — удобство применения материала в строительстве [8] [4 ] :

• коэффициент конструктивного качества (ККК) входит и в эту группу;
• температура плавления;
• температура размягчения;
• скорость схватывания вяжущего материала;
• скорость затвердевания вяжущего материала;
• удобоукладываемость (обычно для бетонной смеси и т.п., характеристика условная, со шкалированием тут сложности).

Эстетические свойства (характеристики)  [9] :

• форма, включая лицевую поверхность — то, что визуально воспринимаются в процессе эксплуатации;
• цвета делятся на две группы: ахроматические (белые, черные и оттенки серого) и хроматические;

• цветовая тональность показывает, к какому участку видимого спектра относится цвет материала, измеряется соответствующими длинами волн; светлота — относительная яркость поверхности материала, отношение отраженного светового потока к падающему; насыщенность цвета — степень отличия хроматического цвета от ахроматического той же светлоты.
• цветовая тональность показывает, к какому участку видимого спектра относится цвет материала, измеряется соответствующими длинами волн;
• светлота — относительная яркость поверхности материала, отношение отраженного светового потока к падающему;
• насыщенность цвета — степень отличия хроматического цвета от ахроматического той же светлоты.
• фактура — видимое строение лицевой поверхности, характеризуется рельефом (гладкий, шероховатый или рельефный, более 5 мм) и блеском или матовостью.
• рисунок поверхности, для природных материалов — текстура.

эксплуатационные свойства строительных изделий [8 ] .

• Надёжность — сложное свойство объекта сохранять в установленных пределах свои свойства; является комплексом из безотказности, долговечности, сохраняемости и ремонтопригодности.

• Безотказность — свойство сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени непрерывно (для материалов и изделий) или же суммарно, по наработке (для оборудования); выделяют наработку до отказа (для единичных изделий), среднюю наработку до отказа (для группы изделий), вероятность безотказной работы (за временной период), интенсивность отказов (вероятность безотказной работы в конкретный момент времени). Отказом называется нарушение работоспособного состояния изделия, различают отказы внезапные (поломки) и постепенные, следствие медленного изменения свойств изделия по причине износа, деформация материалов и т.п.

• Долговечность — сохранение значений параметров в заданных пределах в процессе эксплуатации. Различают такие показатели долговечности, как технический ресурс (наработка единичного объекта до предельного состояния, требующего планового или капитального ремонта), средний ресурс (для группы объектов), cрок эксплуатации (до перехода изделия в критическое состояние), при котором применение недопустимо; средний срок службы (характеризует время с момента ввода в эксплуатацию независимо от характера использования изделия).

• Сохраняемость — сохранение работоспособности изделия в промежутках между его использованием, включая транспортирование и хранение. Характеризуется временем хранения до возникновения неисправности (например, гидрофобный цемент при длительном хранении теряет свои свойства) и, аналогично, временем транспортировки (так, бетонная смесь достаточно быстро теряет удобоукладываемость).

• Ремонтопригодность — возможность поддерживать работоспособность объекта: определение и устранение отказов. Для восстанавливаемых изделий выделяют среднее время восстановления работоспособности и вероятность восстановления (за среднее время, а не «вообще»).