Тема 8. БУДІВЕЛЬНІ МАТЕРІАЛИ

8.1.Природні кам’яні матеріали

8.2. Будівельна кераміка

8.3. Матеріали і вироби з мінеральних розплавів

8.4. Метали і металеві вироби

8.5. Мінеральні в’яжучі речовини

8.6. Будівельні розчини

8.7. Бетони

8.8. Лісові матеріали

8.9. Органічні в’яжучі речовини і матеріали виготовлені на їх основі

8.10. Лакофарбові матеріали

8.11. Будівельні пластмаси

8.12. Композиційні будівельні матеріали

Для правильного і технічно грамотного використання будівельного матеріалу треба знати його властивості, тобто якісні характеристики, що визначають його застосування в будівництві.

Технічні властивості матеріалу залежать від його складу і структури.

Будівельний матеріал характеризується хімічним, мінеральним і фазовим складом.

Структуру матеріалу вивчають на рівнях макроструктури, мікроструктури і на молекулярно-іонному.

До основних груп властивостей будівельних матеріалів відносяться: фізичні, відношення до дії води, теплові, механічні, спеціальні (довговічність, корозійна стійкість, газопаропроникливість та ін.), технологічні (придатність до механічної обробки).

Деякі властивості мають важливе значення для всіх будівельних матеріалів, інші – тільки для деяких і у певних умовах (водостійкість, морозостійкість, вогнетривкість і т. д.).

Згідно із загальноприйнятою класифікацією всі будівельні матеріали можна поділити за технологічними ознаками на такі групи: природні кам’яні матеріали, будівельна кераміка, скляні та інші розплавні матеріали, мінеральні в’яжучі речовини, метали і металеві вироби, будівельні розчини, бетон і залізобетон, штучні кам’яні матеріали і вироби, лісові матеріали, органічні в’яжучі речовини і матеріали на їх основі, лакофарбові матеріали, пластичні маси і вироби з них.

8.1.Природні кам’яні матеріали

Завдяки високим і різноманітним будівельним властивостям кам’яні матеріали широко застосовуються майже у всіх галузях будівництва. Вони мають високу міцність ,водостійкість, морозостійкість, довговічність, декоративні якості. Природні кам’яні матеріали добувають з гірських порід.

Гірські породи – це мінеральна маса, що складається з одного або кількох мінералів. Мінералом називають речовину, що утворилася в земній корі внаслідок різних фізико-хімічних процесів, однорідна за своєю будовою, хімічним складом і фізичними властивостями.

Гірські породи і кам’яні матеріали класифікують за походженням, за середньою густиною, за границею міцності при стиску, за морозостійкістю, за коефіцієнтом розм’якшення, за видом використання.

З природного каменю виготовляють: бутовий камінь, булижний камінь, камені правильної форми, плити, і фасонні вироби, покрівельні плити тощо. Гірські породи використовують також як сировину для виробництва будівельних матеріалів, з деяких виготовляють теплоізоляційні матеріали.

8.2. Будівельна кераміка

Керамічні вироби виготовляють з природних глин або їх суміші з мінеральними й органічними добавками. Виробництво складається з трьох основних технологічних стадій: формування, сушіння і випалювання.

Висока міцність, водостійкість і морозостійкість, довговічність і широкий асортимент кераміки надають можливість використовувати її у всіх частинах будівлі – від фундаменту до покрівлі. Недоліками керамічних виробів порівняно з іншими будівельними матеріалами є підвищена крихкість. Після випалення керамічні вироби набувають потрібну поверхню за фактурою й кольором і не потребують додаткової обробки. За призначенням керамічні вироби поділяються на такі групи: стінові матеріали, вироби для зовнішнього облицювання будівель, вироби для внутрішнього опорядження приміщень. Вироби: санітарно-технічні, для перекриттів, покрівельні (черепиця), керамічні труби, спеціального призначення. Крім того всі керамічні матеріали поділяють на дві групи: пористі й щільні.

8.3. Матеріали і вироби з мінеральних розплавів

Для мінеральних розплавів загальною ознакою є її силікатна природа, тобто перевага в їх складі силікатів.

Власне силікатним розплавам притаманна здатність переходити при різкому охолодженні в скляноподібний стан.

Отримання виробів з мінеральних розплавів базується також на єдиному комплексі технологічних операцій: розплавленні початкової сировини, формування і термічної обробки виробів для надання їм необхідної мікроструктури і фізико-механічних властивостей.

Мінеральні розплави залежно від виду початкової сировини можна поділити на такі групи: кам’яні, шлакові, ситали і шлакоситали.

З скляних розплавів виготовляють: листове скло і його різновиди (вітринне, загартоване, армоване, візерункове скло), стемаліт, вітрасил, увіольове скло, триплекс, профільоване скло, склопакети, склоблоки, скляні труби, скляні, емальовані й килимово-мозаїчні облицювальні плитки, скляну смальту і скляну вату, піноскло і газоскло.

Матеріали і вироби з кам’яного литва виробляють шляхом розплавлення, розливу в форми й охолодження гірських порід базальту і діабазу.

Для матеріалів і виробів з шлакових розплавів сировиною служать металургійні вогняно-рідкі, доменні й мартенівські шлаки. Виробляють: шлакову пемзу, шлакову вату, каміння, плитки облицювальні й для підлог. Також виробляють склокристалічні матеріали (ситали, шлакоситали).

8.4. Метали і металеві вироби

Метали – найбільш поширений матеріал у всіх галузях народного господарства.

Широкому використанню металів у будівництві сприяє ряд їх цінних технічних властивостей: висока міцність, пластичність, підвищена теплопровідність, електропровідність і зварність. Поруч з цим метали мають і недоліки: при дії газів і вологи піддаються корозії, а з підвищенням температури деформуються.

Метали поділяють на дві групи – чорні й кольорові.

Чорні метали (сталь і чавун) застосовують у будівництві для виготовлення різних конструкцій: арматури для залізобетону, ферм, каркасів будівель, щогл, санітарно-технічних виробів, опоряджувальних деталей.

Кольорові метали використовують головним чином у різних сплавах, наприклад в таких, як дюралюміній і бронза.

8.5. Мінеральні в’яжучі речовини

Це порошкоподібні матеріали, здатні при змішуванні з водою утворювати пластичне легко формоване тісто, яке під впливом ряду фізико-хімічних процесів твердіє і набуває каменевидного стану. Цю властивість в’яжучих речовин широко використовують для виготовлення різних безвипалювальних і штучних кам’яних матеріалів і виробів: розчинів, бетонів, вапняно-пісчаної цегли тощо. Залежно від умов, що сприяють підвищенню і збереженню міцності, мінеральні в’яжучі речовини поділяють на повітряні й гідравлічні, а також лужні алюмосилікатні та шлаколужні.

Повітряні в’яжучи речовини твердіють і зберігають міцність на повітрі. Це повітряне вапно, будівельний гіпс, рідке скло, магнезіальні в’яжучі й кислототривкий цемент.

Гідравлічні в’яжучі речовини мають ці властивості не тільки на повітрі, а й у воді. До цієї групи належить портландцемент – продукт тонкого подрібнення цементного клінкеру, який виготовляють випалюванням до спікання (1450 оС) вапнякових мергелів або штучної суміши з 75% вапняку й 25% глини і його різновиди, – пуцолановий, шлаковий, глиноземний та ін.

Нарівні з цим розрізняють в’яжучі речовини, що ефективно тверднуть тільки при автоклавній обробці ( тиску насиченої пари 0,8-1 МПа і температурі 170-200 оС).

До групи в’яжучих речовин автоклавного твердіння належать вапняно-кремнеземисті і вапняно-нефелінові в’яжучі.

8.6. Будівельні розчини

Будівельними розчинами називають затверділу до каменевидного стану раціонально дібрану суміш, що складається з в’яжучої речовини, дрібного наповнювача (піску) і води. До затвердіння цю суміш називають розчиновою сумішшю. Для надання розчинам певних технічних властивостей у розчинні суміші вводять спеціальні добавки. Розчини відрізняються від бетонів відсутністю крупного заповнювача, тобто вони є дрібнозернистими бетонами, їм притаманні всі властивості бетонів.

Будівельні розчини на гідравлічних в’яжучих речовинах водостійкі, їх називають гідравлічними; розчини на повітряних в’яжучих стійкі тільки в повітряно сухих умовах, такі розчини називають повітряними.

Розрізняють розчини також за видом в’яжучих речовин, за призначенням (кладкові, штукатурні, спеціальні), за середньою густиною. В сучасному будівництві все ширше використовують сухі будівельні сміши.

8.7. Бетони

Бетонами називають штучний кам’яний матеріал, що являє собою затверділу суміш виготовлену з в’яжучої речовини, води, дрібного (піску) і крупного (щебеню або гравію) наповнювача. В незатверділому стані його називають бетонною сумішшю. Окрім основних компонентів у бетонну суміш можуть вводити спеціальні домішки. В’яжуча речовина і вода – це активні складові, що утворюють цементну масу, а наповнювачі – інертні, вони утворюють каркас бетону. Цементне тісто обкутує зерна наповнювачів і заповнює пустоти між ними. Твердіючі, тісто зв’язує зерна наповнювача в штучний камінь конгломератної будови. Переваги бетону як будівельного матеріалу: висока економічність, можливість здобування бетонів з різноманітними властивостями, відносна легкість обробки бетонної суміші, можливість виготовити різноманітні за формою і розмірами деталі й конструкції, повна механізація робіт.

У будівництві застосовують різні бетони, що класифікують за такими ознаками: фізико-механічні властивості, вид в’яжучої речовини на якій виготовлено бетон, за призначенням у будівництві.

8.8. Лісові матеріали

Лісові матеріали відіграють величезну роль у народному господарстві. Це передусім джерело здобування деревини, яку широко застосовують у промисловому й цивільному будівництві, незважаючи на її зростаючу вартість.

Деревину, як будівельний матеріал, широко використовують завдяки її міцності, пружності, легкості обробки, високим теплоізоляційними властивостям, відносно невеликій середній густині й поширеності.

Довговічність дерев’яних конструкцій зумовлюється головним чином сталістю режиму вологості.

Проте деревина має й ряд негативних властивостей. До них належать неоднорідність її будови, що істотно впливає на її міцність, легка займистість, здатність вбирати й випаровувати вологу, змінювати при цьому свої механічні властивості й навіть загнивати. Щоб раціонально використовувати деревину, треба знати її властивості і, враховуючи особливості різних деревних порід, підготувати її до застосування так, щоб найкраще скористатися міцністю її деревини.

У будівництві найчастіше застосовують хвойні породи. Листяні породи використовують головним чином для виготовлення столярних виробів і внутрішнього опорядження будинків. Щоб раціонально використати найціннішу хвойну деревину, слід ширше застосовувати листяні породи, зокрема для підсобних і тимчасових споруд.

До основного лісового сортаменту належать круглі, пиляні й стругані пиломатеріали.

8.9. Органічні в’яжучі речовини і матеріали виготовлені на їх основі

Органічні (бітумінозні) в’яжучі речовини поділяють на бітумні й дьогтьові.

Бітумні в’яжучі – це складні суміші високомолекулярних вуглеводнів та їх сполук з сіркою, киснем, азотом.

Розрізняють таки види бітумних в’яжучих: природні бітуми, асфальтові породи і нафтові бітуми.

Природні бітуми – це тверді речовини або густі рідини, наявні в природі в чистому вигляді, часом просочують гірські породи.

Асфальтові породи – це гірські породи, просочені природним бітумом: бітумні пісковики й вапняки. Їх застосовують у вигляді порошку або добувають з них чистий бітум.

Нафтові бітуми – це тверді або напівтверді речовини що добувають з нафти.

До дьогтьових в’яжучих належать дьогті, дьогтьові масла, пеки.

Сирі дьогті – це рідкі продукти, що утворюються як відходи при розкладанні кам’яного або бурого вугілля, деревини, торфу, тобто при одержанні газу або коксу.

Дьогтьові масла – це продукти, що утворюються при перегонці нафти.

Пеки – це тверді залишки від перегонки дьогтю.

У будівництві найчастіше використовують нафтові бітуми, кам’яновугільні дьогті й пеки завдяки їх цінним властивостям: водонепроникності, стійкості проти дії кислот, лугів, агресивних рідин і газів; здатністю зчіплюватися з деревом, металом, кам’яними матеріалами; швидкому розм’якшенні при нагріванні й твердінні при охолодженні.

З них виготовляють розчини і бетони, гідроізоляційні і покрівельні матеріали, мастики і лаки.

8.10. Лакофарбові матеріали

Лакофарбовими матеріалами називають суміші, що наносяться на опоряджувальну поверхню й утворюють на ній міцну і тверду плівку. Вони бувають природні, синтетичні, й штучні. Оброблювану поверхню вкривають лакофарбовими матеріалами для захисту від дій агресивного середовища, від гниття, загоряння, для забезпечення гігієнічних умов, для художньо-декоративної обробки. Ці матеріали поділяють на фарби, лаки і допоміжні матеріали.

Фарби – це суміші для утворення непрозорого захисного і декоративного покриттів.

Лаки використовують для прозорого покриття й остаточної обробки поверхні.

Допоміжні матеріали застосовують для підготовки поверхні під фарбування і доведення лаків і фарб до малярної консистенції.

Фарбові суміші складаються із в’яжучої (плівкоутворюючої) речовини, наповнювача, пігменту і розріджувача.

У будівництві найчастіше використовують: олійні, емалеві, водно-вапняні, водно-клейові, казеїнові, емульсійні, синтетичні фарби, спиртові лаки, політуру і нітролаки.

8.11. Будівельні пластмаси

Пластичними масами називають матеріали, основу яких становлять смолоподібні органічні речовини з великою молекулярною масою.

Ці речовини здатні під впливом нагрівання і тиску набирати потрібної форми і стійко зберігати її після зняття навантаження.

Пластмаси одержують хімічним способом з найпростіших речовин, що добувають з вугілля, нафти, повітря, вапна та ін.

Пластмаси поділяють на прості й складні.

Прості пластмаси складаються з простих органічних речовин (органічне скло). Здебільшого для будівництва використовують складні пластмаси. Вони складаються з полімерних смол і різних компонентів – наповнювачів, пластифікаторів, змащувальних речовин, барвників, та ін. Для виробництва пористих пластмас застосовують спеціальні речовини – пороутворювачі (порофори).

Наповнювачі надають пластмасам потрібних фізико-механічних властивостей і здешевлюють їх, зменшуючи зміст найдорожчого компонента – полімерних смол.

Як наповнювачі, застосовують пилоподібні, волокнисті та листоподібні речовини.

Пластифікатори надають пластмасам у процесі їх виготовлення більшої пластичності.

Змащувальні речовини не дають пластмасам приставати до форм під час пресування виробів.

Як барвники використовують органічні й мінеральні речовини.

У будівництві пластмаси використовують як матеріали для покриття підлог, стінові матеріали, опоряджувальні матеріали, герметики, клеї та мастики, теплозвукоізоляційні матеріали, сантехнічні вироби і труби.

8.12. Композиційні будівельні матеріали

Композиційний матеріал (скорочено композит), складається з основного матеріалу – матриці (в’яжучої) і зміцнюю чого компонента у вигляді волокон або твердих частинок. Компоненти композиту розподілені видимою поверхнею поділу. Сполучення в композиті мінімум двох різнорідних матеріалів утворює синергетичний ефект – здобування якісно нових

властивостей, відмінних від властивостей кожного компонента окремо взятого.

Конструкційні композити відрізняються високою міцністю.

До композитних матеріалів можна віднести всі матеріали й вироби з важких бетонів, легкі бетони на пористих наповнювачах, вироби з ніздрюватих бетонів, азбестоцементні вироби, фібробетон, цементно-полімерні бетони, теплозвукоізоляційні матеріали і вироби, матеріали і вироби на основі органічних в’яжучих речовин, лакофарбові матеріали, матеріали і вироби з пластмас.