Курс лекций РостовнаДону 2011 министерство образования и науки рф фгаоу впо институт архитектуры и искусств
 Скачать 1.63 Mb.
|
|
– характеризуютструктуру и массу материала; • гидрофизические – характеризуют отношение материалов к действию воды, пара и газов; • теплофизические – характеризуют отношение материалов к действию тепла и огня; • акустические – характеризуют отношение материалов к действию звуковых колебаний. 2.1.1. Общие физические свойства К общефизическим свойствамотносятся: истинная плотность, средняя плотность и пористостьматериала. Истинная плотность ист ρ , кг/м 3 – масса единицы объема вещества в абсолютно плотном состоянии, то есть без пор, пустот и трещин. Средняя плотность ср ρ , кг/м 3 – масса единицы объема материала (изделия) в естественном состоянии, то есть с пустотами и порами. Насыпная плотность н ρ , кг/м 3 – масса единицы объема сыпучих материалов в свободном насыпном состоянии, то есть без его уплотнения. Пористость П , %– объёмная доля воздушных пустот в материале. 2.1.2. Гидрофизические свойства Гидрофизические свойствапроявляют материалы и изделия при контакте с водой и паром. Наиболее важные из них – гигроскопичность, водопоглощение, водостойкость, водопроницаемость, морозостойкость, воздухостойкость. Гигроскопичность, %– свойство материалов поглощать водяные пары из воздуха и удерживать их на своей наружной поверхности и внутренней поверхности пор. Капиллярное всасывание характеризуется высотой поднятия воды в материале количеством поглощённой влаги и интенсивностью всасывания. Водопоглощение, %– способность материала впитывать и удерживать воду при непосредственном контакте с ней. 16 Водопоглощение подразделяют на водопоглощение по массе и по объёму. Водопоглощение по объёму используют для расчёта коэффициента насыщения пор водой , который характеризует объёмную долю условно открытых пор в материале. нас К В результате насыщения материала водой прочность его снижается. Это состояние материала характеризует коэффициент размягчения разм К (водостойкость), который равен отношению предела прочности при сжатии материала, насыщенного водой вл R , к пределу прочности при сжатии в сухом состоянии сух R . Водопроницаемость– свойство материала пропускать воду под давлением через свою толщу, характеризуемая маркой W2, W4...W12. Морозостойкость – способность материала сохранять свою прочность при многократном попеременном замораживании в водонасыщенном состоянии и оттаивании в воде. Влажностные деформации. Пористые неорганические и органические материалы (бетоны, древесина и др.) при изменении влажности изменяют свой объём и размеры. Усадкой (усушкой) называют уменьшение размеров материала при высыхании. Набухание (разбухание) происходит при насыщении материала водой. Воздухостойкость (влагостойкость)– способность материала длительно выдерживать многократное увлажнение и 17 18 высушивание без деформаций и потери механической прочности. Газо- и паропроницаемость – способность материала пропускать через свою толщу газы (воздух) или водяной пар. 2.1.3. Теплофизические свойства К основным теплофизическим свойствам, оценивающим отношение материала к тепловым воздействиям, относятся теплопроводность, теплоемкость, термостойкость, жаростойкость, огнеупорность, огнестойкость. Теплопроводность, Вт/(м·К) – способность материала пропускать тепловой поток через свою толщу при возникновении разных температур поверхности изделия. Теплоемкость, Дж/(кг·К) – свойство материала поглощать (аккумулировать) при нагревании тепло и выделять его при остывании. Термостойкость – способность материала выдерживать без разрушений определенное количество резких колебаний температуры. Жаростойкость – способность материала выдерживать температуру эксплуатации до 1000°С без нарушения сплошности и потери прочности. Огнестойкость (возгораемость) строительных материалов подразделяется на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. 2.1.4. Акустические свойства При действии звука на материал проявляются его акустические свойства. По назначению акустические материалы делят на четыре группы: звукопоглощающие, звукоизолирующие, виброизолирующие и вибропоглощающие. 19 Звукопоглощающие материалы предназначены для поглощения шумового звука. Звукоизолирующиематериалы применяют для ослабления ударного звука, передающегося через строительные конструкции здания из одного помещения в другое. Виброизолирующие и вибропоглощающие материалы предназначены для устранения передачи вибрации от машин и механизмов на строительные конструкции зданий. 2.2. Химические и биологические свойства 2.2.1. Химическая стойкость Химические свойства характеризуют способность материала к химическим взаимодействиям с другими веществами. Возможность химических и физико-химических процессов определяется наличием у строительных материалов таких свойств, как химическая активность, растворимость, способность к кристаллизации и адгезии. Химическая стойкость (кислотостойкость, щёлочестойкость и маслобензостойкость) – это свойство материалов противостоять разрушающему действию жидких и газообразных агрессивных сред. Важным свойством является маслобензостойкость строительных материалов. Коррозионная стойкость – свойство материала сопротивляться разрушению в результате действия агрессивной среды. К химическим свойствам материалов относят их адгезионную способность – способность сцепления (прилипания) и связи между находящимся в контакте 20 поверхностями разнородных по составу веществ, которая проявляется сопротивлением отрыву или разделению контактирующих материалов. 2.2.2. Биологическая стойкость Наряду с химической коррозией выделяют биологическую коррозию, которая протекает под влиянием процессов жизнедеятельности бактерий и других живых организмов. Способность материалов противостоять разрушающему воздействию биологической коррозии характеризует их биологическая стойкость (биостойкость). Повреждения древесины могут быть вызваны грибками, насекомыми и их личинками. 2.3. Механические свойства Строительные материалы и конструкции подвергаются различным внешним силовым воздействиям – нагрузкам, которые вызывают внутренние напряжения и деформации. Нагрузки делятся на статические, действующие постоянно, и динамические, которые прикладываются внезапно и вызывают силы инерции. Механические свойства характеризуют поведение материалов при действии нагрузок различного вида (растягивающей, сжимающей, изгибающей и т.д.). В результате механических воздействий материал деформируется. В зависимости от того, как материалы ведут себя под нагрузкой, их подразделяют на пластичные, упругопластичные и хрупкие. Пластичные – это материалы, которые изменяют форму под нагрузкой без появления трещин и сохраняют изменившуюся 21 форму после снятия нагрузки. Хрупкие материалы разрушаются без заметных остаточных деформаций (бетон, природный камень, кирпич). Они хорошо сопротивляются сжатию и в 5 – 50 раз хуже – растяжению, изгибу, Хрупкие материалы также плохо сопротивляются удару и взрыву. Напряжение материала – внутренняя сила, приходящаяся на единицу поверхности, вызванная в деформируемом теле под воздействием внешних сил. Модуль упругости Е (модуль Юнга) связывает упругую деформацию материала и одноосное напряжение материала линейным соотношением, выражающим закон Гука. Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности, под которым понимают напряжение, вызывающее разрушение материала. Конструкционные материалы и изделия характеризуют маркой по прочности. Марка М – числовая характеристика какого-либо свойства бетона, принимаемая по его среднему значению, то есть без учёта степени его однородности. Таким образом, для нормирования прочности материала в конструкциях необходимо использовать характеристику, которая гарантирует получение бетона с заданной прочностью с учётом возможных её колебаний. Такой характеристикой является класс бетона. Класс бетона В – это числовая характеристика какого- либо его свойства, принимаемая с гарантированной обеспеченностью (обычно 95%). Твердость– способность материала сопротивляться проникновению в его поверхность другого более твердого тела. 22 Истираемость характеризуется величиной потери первоначальной массы материала (г), отнесенной к единице площади (см 2 ) истирания. Сопротивление удару имеет большое значение для материалов, применяемых для покрытия полов в цехах промышленных предприятий. Износ – разрушение материала при совместном действии истирающей и ударной нагрузок. 2.4. Технологические свойства Технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться тому или иному виду обработки. Так, например, к технологическим свойствам древесины относятся: хорошая гвоздимость, легкость обработки различными инструментами. Технологические свойства некоторых полимерных материалов включают в себя способность обтачиваться, сверлиться, легко склеиваться, свариваться. Бетонные, растворные, глиняные, асфальтобетонные и другие смеси обладают пластичностью, вязкостью, которые обеспечивают заполнение определенного объема. Пластичность– способность материала деформироваться без разрыва сплошности под влиянием внешнего механического воздействия и сохранять полученную форму, когда действие внешней силы прекращается. Вязкостью или внутренним трением называют сопротивление жидкости передвижению одного ее слоя относительно другого. 23 2.5. Эстетические свойства Эстетические, или архитектурно-художественные, свойства строительных материалов и изделий определяются такими его параметрами, как форма, цвет, фактура и рисунок (текстура). Эстетические свойства определяются тремя основными видами характеристик: психологическими, физиологическими и физическими. Формастроительных материалов и изделий играет важную роль не только в их функциональной, но и в эстетической оценке. Цвет – одно из свойств объектов материального мира, воспринимаемое как осознанное зрительное ощущение. Под цветом материалов (изделий) понимают определенное зрительное ощущение, вызываемое воздействием на глаз потоков электромагнитного излучения в диапазоне видимой части спектра (длина волн X составляет 380 – 760 нм). Цвет материала (как цветовое ощущение) зависит от спектрального состава светового потока, отраженного поверхностью материала или прошедшего через него (последний характеризует цвет только светопроницаемых материалов – стекла, некоторых минералов и пластмасс). Фактура – видимое строение поверхности материала и изделия. Фактура характеризуется степенью неровности (рельефа) или гладкости поверхности и воспринимается благодаря зрительному восприятию светотеневых неравномерностей. По характеру поверхности материала различают две группы фактур: рельефные(различающиеся по высоте и характеру рельефа) и гладкие (от зеркально-блестящих до шероховато-ровных). 24 Рисунок на поверхности материала и изделия может быть естественным или искусственным. Видимый на поверхности материала или изделия рисунок, отражающий его характерное внутреннее строение, называют текстурой. Искусственный рисунок наносится на поверхность материала и изделия покраской, печатью или любым другим способом. Рисунок на материале и изделии может быть цветным и черно-белым 25 ЛЕКЦИЯ 3. ДРЕВЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ 3.1. Общие сведения Древесина представляет собой волокнистый, пористый, гидрофильный материал растительного происхождения, состоящий в основном из целлюлозы. Выделяют две группы древесных пород, встречающихся в лесах нашей страны: хвойные и лиственные. Среди наиболее распространённых хвойных пород – сосна, ель, лиственница, пихта, кедр. Наиболее распространённые лиственные породы – дуб, бук, ясень, берёза, осина, ольха, липа, клён. Лиственные породы делят на мягкие и твёрдые. Макроструктуру древесины изучают в поперечном (торцевом) и двух продольных сечениях: радиальном и тангенциальном. Свойства древесины в значительной степени зависят от температурно-влажностного состояния и ориентации волокон (анизотропность). С повышением влажности снижается её прочность, повышаются плотность, электро- и теплопроводность, увеличиваются размеры изделий. Снижение влажности древесины приводит к появлению усадочных деформаций. Вследствие особенности макростроения ствола дерева и волокнистого микростроения древесины усадка в разных направлениях неодинакова: в продольном (вдоль волокон) наименьшая – до 1 %, в поперечном – 3...6 %, тангенциальном (по хорде) максимальная – 6...12 %. Это приводит к короблению изделий и появлению трещин на торцах в круглом лесе и пиломатериалах. Столярные изделия (рамы, двери и т.д.), эксплуатируемые внутри помещения, для 26 исключения коробления выполняют из комнатно-сухой древесины влажностью 8...12 %, на открытом воздухе – воздушно-сухой (15...20 %). Сушат древесину в естественных условиях под навесом от 3 до 12 месяцев или в специальных сушильных камерах – 3...6 суток. Качество древесины оценивают на основании показателей свойств, приведенных к стандартной влажности 12 %. Древесина может иметь пороки – недостатки отдельных участков древесины, снижающие качество и ограничивающие возможности её использования. Различают пороки строения древесины и механические пороки (дефекты), возникшие в древесине в процессе её добычи и обработки. К характерным порокам строения относят: различные сучки; трещины, возникшие в процессе её роста; пороки внутреннего строения древесины; отклонения от нормальной формы ствола. Отрицательными свойствами древесины, осложняющими ее использование в строительстве, являются плохая биостойкость и горючесть. При хранении и эксплуатации древесины при повышенной влажности и температуре 5…40° С из-за активизации жизнедеятельности грибковых микроорганизмов она гниет. Эффективными мерами защиты являются: наличие вентиляции, снижение влажности воздуха, пропитка и окраска изделий специальными составами – водорастворимыми, органорастворимыми, масляными и пастовыми антисептиками. Древесина может быть повреждена насекомыми (червоточина, повреждение древоточцами), для борьбы с которыми используют инсектициды. Повышение 27 пожаробезопасности (снижение степени горючести) достигается путем пропитки огнезащитными составами – антипиренами, окраски вспучивающимися красками, обмазки специальными штукатурками на основе глин с добавлением жидкого стекла и асбеста, защитой огнестойкими гипсокартонными и асбестоцементными листовыми материалами. Одним из перспективных способов улучшения свойств древесины является сушка древесины при повышенной температуре 180…220° С, при которой в связи с модифицированием структуры древесина приобретает повышенную биостойкость, улучшаются прочностные свойства и снижаются влажностные деформации. 3.2. Номенклатура Лесные товары для строительных целей по способу получения разделяют на: круглые лесоматериалы; пиломатериалы и заготовки; строительные детали и изделия из древесины; композиционные материалы и изделия. Круглые лесоматериалы – отрезки стволов деревьев: хлыст – ствол, опиленный от корневой части и очищенный от сучьев; отрезки хлыста разной длины – брёвна, кряжи и чураки. В зависимости от диаметра бревна в узкой части круглые лесоматериалы подразделяют на мелкие с толщиной для хвойных пород 6…13 см, для лиственных – 8…13 см, средние с толщиной 14…24 см, для всех пород и крупные – с толщиной 26 см и более. Пиломатериалы и заготовки, получаемые при продольном раскрое пиловочных брёвен. Материалы с опиленными кромками называют обрезными, с неопиленными – 28 необрезными. Виды некоторых пиломатериалов, используемых в целом виде и для выработки заготовок материалов – брусья, доски, бруски, шпалы, древесный шпон. Заготовки по видам обработки различают: пиленые, полученные путём пиления; клееные, изготовленные путём склеивания нескольких более мелких заготовок; калиброванные, обработанные до заданных размеров. Строительные детали и изделия из древесины, не требующие дополнительной обработки и готовые для использования в строительстве. Детали погонажные фрезерованные, обработанные путём фрезерования на станках: доски и бруски для покрытий полов, вагонка, плинтусы, наличники, поручни, обшивки и раскладки. Доски и бруски для полов, вагонка на одной кромке имеют паз, на другой – гребень, обеспечивающие плотность и жесткость покрытия. Столярные плиты состоят из внутреннего щита, изготавливаемого из узких реек (основа) и наклеенного на щит с обеих сторон шпона в один или два слоя. Паркетные изделия разделяют на штучный паркет, паркетные доски, паркетные щиты и мозаичный (наборный) паркет. Оконные и дверные блоки и щитовые двери обычно поступают на строительство в полной готовности с навешенными полотнами и створками, окрашенными, застеклёнными. Элементы и детали сборных конструкций из древесины доставляют на строительство в готовом виде: комплекты для сборных деревянных домов (брусковых, каркасно-обшивных, каркасно-щитовых); детали и элементы конструкций для зданий из других материалов (балки для междуэтажных и чердачных перекрытий, щиты для наката и 29 перегородок и т.п.); конструкции для зданий и сооружений другого назначения (арки и части металлодеревянных ферм, сваи, мостовые брусья и т.д.). Клееные крупноразмерные конструкции изготавливают на заводах путём склеивания сравнительно небольших деревянных заготовок друг с другом, а иногда и с другими материалами – двутавровые балки, блок из досок, клееная арка из полуарок, клееная ферма и др. Композиционные древесные материалы и изделия, получаемые с помощью связующих веществ из предварительно разделённой на части древесины или использования отходов древесины (опилки, стружка, дроблёнка, щепа): древесностружечные, цементностружечные и древесноволокнистые плиты, древесные слоистые пластики, фанера, фибролит, арболит, ксилолит и др. 3.3. Применение Благодаря комплексу таких положительных свойств, как легкость, высокая прочность на изгиб и сжатие, технологичность, низкие тепло- и электропроводность, декоративность, древесину используют для изготовления конструкционных, отделочных материалов и материалов специального назначения. К конструкционным материалам относят круглые лесоматериалы, пиломатериалы (доски, брусья), листовые, полученные послойным склеиванием древесного шпона (фанера, слоистый пластик), а также цементосодержащие изделия: прессованные (древесно-цементные) или отформованные (фибролитовые, арболитовые) плиты, содержащие цемент и древесные отходы разной степени 30 измельчения. Эти материалы используют для возведения стен, каркасных перегородок, кровель в виде жестких оболочек, перекрывающих большие площади, клееных арок, балок и ферм. Конструкционно-отделочные материалы представлены прессованными твердыми древесноволокнистыми (ДВП) и древесностружечными (ДСП) плитами с отделкой лицевой поверхности декоративными красочными и пленочными материалами, пластиком или шпоном ценных пород древесины (орех, ясень, бук, граб). Эти изделия используют для полов, подвесных потолков, а также высококачественной отделки стен при влажности в помещении не более 60 %. Высокая степень декоративности, долговечность отличают полы, выполненные из паркета (паркетных щитов и досок) лиственных пород древесины, обладающих неповторимой текстурой. Наряду с обычным паркетом все большее распространение получает ламинированный паркет, имеющий верхнее полимерное защитное покрытие. К материалам специального назначения относятся теплоизоляционные и акустические фибролитовые и арболитовые плиты, а также мягкие ДВП плотностью менее 600 кг/м 3 . Их используют для утепления кровель, стен и полов, а также для акустических потолков в зданиях общественного и культурного назначения. Для усиления эффекта звукопоглощения плиты перфорируют или наносят поверх них специальные рельефные штукатурки. Определенное место в номенклатуре выпускаемых изделий занимают столярные, к которым относятся подоконные доски, оконные и дверные блоки, ворота, а также такие 31 погонажные отделочные изделия, как плинтусы, вагонка, перила, рейки. Модифицированная древесина наряду с традиционными областями применения может использоваться в условиях, неблагоприятных для эксплуатации изделий из обычной древесины, например: для отделки прибассейновых территорий; в качестве ограждения, садовой и парковой мебели, предметов ландшафтного дизайна, в детских игровых комплексах; для художественно-дизайнерского оформления дома (наличники, плинтусы, подоконники, раскладки, поручни, доска и плитка для санузлов и кухонь, цельные раковины, ванны, джакузи и т.д.). 32 ЛЕКЦИЯ 4. ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ 4.1. Общие сведения Свойства материалов из природного камня зависят от условий образования горной породы. В зависимости от условий образования (генезиса) горные породы классифицируют на следующие виды: магматические (первичные), осадочные (вторичные) и метаморфические (видоизменённые). |