Введение. Основные понятия строительного материаловедения. Нормативная база. Тема 1

1.

ТЕМА 1
ВВЕДЕНИЕ.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
СТРОИТЕЛЬНОГО
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ.
НОРМАТИВНАЯ БАЗА

2.

1. Введение
Строительство – наиболее материалоемкая отрасль
народного хозяйства. Материальную основу строительства
составляют строительные материалы.
Строительные материалы оказывают решающее
влияние на технико-экономическую эффективность,
безопасность, долговечность и эксплуатационные свойства
зданий и сооружений.
Строительные материалы – одна из наиболее
динамичных отраслей строительства, на ней опробуется
наибольшее число новых технологий.
Стоимость строительных материалов составляет до
40…50 % сметной стоимости объектов.

3.

2. Понятие о строительных системах
Строительные
материалы
«работают»
в
конструкциях и строительных системах. Как
правило, к строительной конструкции предъявляются
требования по несущей способности, теплоизоляции,
гидроизоляции, функциональности, архитектурной
выразительности и др. Всё это возможно обеспечить
лишь совместным использованием строительных
материалов
различного
функционального
назначения.
Так
формируются
строительные
системы.

4.

2. Понятие о строительных системах
Система (от др.-греч. σύστημα – целое, составленное из
частей; соединение) – множество элементов, находящихся в
отношениях и связях друг с другом, которое образует
определённую целостность, единство.
Практически любой объект, любая строительная конструкция
может быть рассмотрена как система.
Строительная система – совокупность конструктивных
элементов
и
строительных
материалов
различного
функционального назначения, имеющих определённое взаимное
расположение
и
связи,
обеспечивающая
целостность,
геометрическую неизменяемость, несущую способность,
надежность и заданные эксплуатационные характеристики
строительной конструкции в целом.

5.

3. Выбор строительных материалов
На выбор строительного материала оказывает
влияние ряд факторов:
требуемые свойства конструкции;
условия эксплуатации конструкции, в т.ч. риск
коррозионного воздействия;
технология строительных работ;
требования по безопасности (в т.ч. экологической,
пожарной);
экономическая эффективность строительства;
обеспечение комфортной среды и архитектурного
облика здания и др. факторы.

6.

3. Выбор строительных материалов
Кроме того, материалы необходимо грамотно сочетать
между собой.
Область применения того или иного материала и
возможность совмещения с другими материалами
определяется его свойствами.
Свойство – способность материалов определённым
образом реагировать на воздействие отдельных внешних
или внутренних факторов.
Свойства материалов имеют названия и оцениваются
численными значениями, имеющими определенную
размерность, которые устанавливаются путем стандартных
испытаний.

7.

4. Основные понятия строительного
материаловедения
Материаловедение – это наука, изучающая взаимосвязь
состава, строения и свойств материалов, закономерности их
изменения при физико-химических, физических, механических и
др. воздействиях.

8.

Все строительные материалы имеют состав. Они характеризуются
элементным, химическим, минеральным, фазовым и вещественным
составом.
Элементный состав – выражает содержание химических элементов
в материале, % по массе.
Например, элементный состав битума:
С – 70…80%; H – 10…15%; S – 2…9%; O – 1…5%; N – 0…2%.
Химический состав – позволяет судить об огнестойкости,
биостойкости, механических свойствах и т.д. материалов.
Так, органические материалы не выдерживают высоких температур
и горят. Минеральные материалы, напротив, имеют значительно более
высокие температуры применения, а металлы хорошо проводят
электрический ток и тепло.
В зависимости от химического состава строительные материалы
принято делить на:
органические (древесина, битумные материалы, пластмассы);
минеральные (природный камень, бетон, керамика и т.п.);
металлические (сталь, чугун, цветные металлы).

9.

Химический состав минеральных материалов обычно выражают
суммой оксидов, % по массе.
Например, химический состав клинкера портландцемента:
СаО – 63…66%; SiO2 – 21…24%; Al2O3 – 4…8%; Fe2O3 – 2…4%.
Химический состав простых органических материалов в некоторых
случаях можно выразить химической формулой.
Например, структурная формула поливинилхлорида:
поливинилацетата (ПВА):

10.

Минеральный состав показывает, какие минералы и в каком
количестве, % по массе, содержатся в строительном материале.
Например, минеральный состав клинкера портландцемента:
Алит – 3СаО·SiO2 (С3S) – 45…60%;
Белит – 2СаО·SiO2 (С2S) – 20…30%;
Трехкальциевый алюминат 3СаО·Al2O3 (С3А) – 4…12%;
Четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО·Al2O3·Fe2O3 (С4АF) –
10…20%.
Фазовый состав материала – это наличие твердого вещества или
каркаса, пор, заполненных воздухом или другим газом, и воды. Причем,
если поры материала заполнены водой, то его, например, теплофизические
свойства существенно изменяются, так же, как и влажностные
деформации. Если вода в порах замерзает, то она изменяет свое фазовое
состояние и возникают большие внутренние напряжения, которые
изменяют механические и деформативные свойства материала.
Вещественный состав выражает содержание веществ, % по массе,
входящих в состав материала.
Например, вещественный состав портландцемента:
клинкер – более 95%; вспомогательные компоненты – до 5%; природный
гипс – 3…5% (сверх 100%)

11.

Не меньше, чем состав, на свойства материала влияет его строение.
При одном и том же химическом составе материалы различного
строения обладают разными свойствами. Например, мел и мрамор – две
горные породы, состоящие из карбоната кальция СаСО3, но пористый
рыхлый мел имеет низкую прочность и легко размокает в воде, а
плотный мрамор прочен и стоек к действию воды.
Структура (строение) материала – пространственное расположение
частиц различной степени дисперсности с совокупностью устойчивых
взаимных связей и порядком сцепления между собой. В понятие
структуры входит расположение пор, капилляров, микротрещин и т.д.
Строение материала изучают на 3-х уровнях:
Макроструктура материала – строение, видимое невооруженным
глазом.
Микроструктура материала – строение, видимое в оптический
микроскоп.
Внутреннее строение материалов – строение, изучаемое на
молекулярно-ионном уровне методами рентгенофазового анализов,
рентгеноструктурного и электронной микроскопии.

12.

Макроструктура твердых строительных материалов может
быть следующих типов:
конгломератная (бетоны, строительные растворы);
ячеистая (ячеистые бетоны, ячеистые пластмассы);
мелкопористая (керамика);
волокнистая (древесина, стеклопластики, минеральная вата);
слоистая (рулонные, листовые и плитные материалы);
рыхлозернистая (заполнители для бетона, наполнители для
цементов, пластмасс и др.);
макроструктура природных каменных материалов.
Микроструктура материала может быть кристаллическая и
аморфная. Кристаллическая форма всегда более устойчивая. Она
имеет постоянную температуру плавления и определенную
геометрию кристаллов, составляющих материал.

13.

5. Нормативные документы
Благодаря системе нормативных документов в области
строительства строительная продукция полностью соответствует
собственному назначению, а также обладает высокими
показателями по таким параметрам, как качество и надежность.
Федеральный
закон
№
184-ФЗ
«О
техническом
регулировании» на первое место ставит обеспечение
безопасности жизни и здоровья людей, охрану окружающей
среды, имущества при всех видах собственности.
Федеральный закон № 384-ФЗ «Технический регламент о
безопасности зданий и сооружений» также во главу угла ставит
требования
обеспечения
безопасности
–
пожарной,
экологической, радиационной, механической, безопасности при
стихийных бедствиях и техногенных катастрофах, обеспечения
надлежащего микроклимата в помещениях и т.д.

14.

5. Нормативные документы
Остальные
нормативные
документы
имеют
рекомендательный и добровольный к применению характер.
национальные и межгосударственные стандарты (ГОСТ);
стандарты предприятий и общественных организаций (СТО);
технические условия (ТУ).
Нередки случаи, когда строительные организации вынуждены
соблюдать определенные технические условия. Как правило,
технические условия необходимы в том случае, если на них
дается ссылка в договоре или в техдокументации, а так же если
речь идет о продукции, которая выпускается на основе
принципиально новых технологий или с использованием новых
материалов, с которыми ранее не сталкивались (на которые не
существует нормативных документов).

15.

6. Основные направления технического
прогресса в области строительных материалов
Существенная часть из современных, применяемых материалов, за
некоторым исключением, в том или ином виде известна десятки и сотни
лет. И в ближайшие годы и десятилетия, вероятно, не стоит ожидать
появления какого-либо качественного и принципиально иного класса
строительных материалов, который массово вытеснит аналогичные
традиционные материалы.
Снижение материалоемкости строительства за счет применения
эффективных строительных материалов. Немаловажным является критерий
эффективности – достижение максимального эффекта при минимизации
затрат. Решение задач национального проекта «Жилье и городская среда»
определяет применение современных и эффективных материалов, которые
должны обладать комплексом различных свойств, т.е. являться
полифункциональными. Это достигается за счет модифицирования состава
материала и управления его структурой, для чего в качестве
инструментария могут быть использованы и приемы нанотехнологии,
которые целесообразно применять, когда возможности управления
структурой на более высоких размерных уровнях реализованы полностью.

16.

6. Основные направления технического
прогресса в области строительных материалов
Применение материалов и изделий, обеспечивающих повышение
технологичности
строительного
производства,
снижение
трудозатрат на строительной площадке (пример – аддитивные
технологии).
Стоимость строительных материалов существенно зависит от
транспортных расходов (может возрастать в несколько раз).
Рационально максимальное использование местного сырья и
организация производства строительных материалов вблизи
сырьевой базы. Это особенно актуально для РФ, имеющей
огромную территорию.
Разработка современных полимерных строительных композитов.
Изучение
совместной
работы
материалов
различного
функционала в конструкциях – строительных системах, что
открывает возможности повышения надежности и долговечности
строительной продукции в целом.

17.

6. Основные направления технического
прогресса в области строительных материалов
Совершенствование технологических решений производства
строительных
материалов.
Целесообразно
применение
ресурсосберегающих технологий – использование вторичного
сырья, техногенных отходов в производстве строительных
материалов, альтернативных источников энергии.
Внедрение
малоотходных
технологий
производства
строительных материалов – снижение экологической нагрузки
на окружающую среду (национальный проект «Экология»).
Повышение
экологической
безопасности
строительных
материалов. Экологическую безопасность целесообразнее всего
оценивать на всех этапах жизненного цикла материала.