материаловедение. Материаловедение, определение, цели и задачи дисциплины
 Скачать 76.98 Kb.
|
|
Архитектурно-строительная практика применения материалов из металла. Металлические материалы (преимущественно стальные) в современной архитектурно-строительной практике применяются для следующих основных типов конструкций зданий и сооружений: с жесткими металлическими связями; подвесных систем; большепролётных с растянутыми ограждающими поверхностями. Разнообразные каркасы промышленных и гражданских зданий, в том числе каркасы зданий повышенной этажности (более 30 этажей), большепролётные покрытия, мосты и путепроводы, радио- и телевизионные башни – представители конструкций зданий с жёсткими связями. Стальные профили являются основными материалами для каркасов зданий повышенной этажности (30 – 40 и более этажей). Формообразующая роль металлических материалов хорошо проявляется в различных пространственных конструкциях мостов и путепроводов. Листы из стали и алюминиевых сплавов для кровельных и стеновых ограждений промышленных, жилых и административных зданий, профили для оконных переплётов часто используются в современной архитектурно-строительной практике. При использовании металлических материалов, как конструкционно-отделочных, так и отделочных, следует учитывать характерное восприятие их физической сущности и оригинальной поверхности, связанное, как правило, с ощущениями прочности, холода, чистоты, в том числе чистоты с экологической точки зрения. Номенклатура металлических строительных материалов и изделий. Строительные материалы из чугуна – опорные части колонн, тюбинги – укрепляющие своды тоннелей, трубы, радиаторы, сантех изделия. Перечень материалов ограничен, т.к чугун обладает существенными недостатками – высокой плотностью и хрупкостью. Наиболее распространены в строительстве материалы из стали. Номенклатура стальных материалов включает различные профили и листы, оболочки, мембраны, тросы, канаты, черепицу, закладные детали, декоративно-художественные изделия. Профили применяют различного сечения, их вид определяется способом получения. В массовом количестве используют профили, полученные способом проката. Заметно снижается масса ряда металлических конструкций, повышаются их прочность и надёжность при внедрении гнутых профилей, сортамент которых достаточно разнообразен. Сложные стальные профили получают способами непрерывного литья и прессования. Листовую сталь толщиной до 6 мм; тонколистовую кровельную и оцинкованную сталь – толщиной 0,4 – 0,8 мм. Листовую сталь изготавливают с плоской, волнистой и рифлёной поверхностью. Номенклатура материалов из других цветных металлов ограничено в связи с их высокой стоимостью. Определение, история использования минеральных вяжущих материалов в архитектуре. Минеральные вяжущие – это тонко измельчённые минеральные порошки, образующие при смешивании с водой пластичную массу, которая с течением времени под влиянием физико-химических процессов переходит в камневидное состояние. Это свойство вяжущих используют для получения искусственных каменных материалов (бетонов и др.). В данном случае механические процессы обработки природного сырья в большей мере заменены химическими – более простыми, производительными и экономически выгодными. Основы технологии производства минеральных и виды материалов на основе минеральных вяжущих. Для получения минеральных вяжущих используют следующие основные горные породы. Природный гипс – светлый, иногда окрашенный примесями в серые или желтоватые цвета минерал. При производстве извести используют горные породы, состоящие в основном из карбоната кальция. Цвет известковых пород зависит от примесей: чистые известняки обычно белого цвета, примеси окрашивают их в желтоватые, бурые, серые и даже чёрные тона. Природные магнезиты и доломиты – основное сырьё для производства магнезиальных вяжущих. Для получения портландцемента – основного гидравлического вяжущего – чаще всего используют известняки, глины и корректирующие добавки (с которыми вводится тот или иной недостающий компонент). Обычно соотношение между известняком и глиной составляет примерно 3:1 (в частях по массе). Производство минеральных вяжущих сводится к двум главным технологическим операциям: помол и обжиг. Обычно стремятся хорошо измельчать сырьё до обжига или продукт после обжига. Тонкость помола минеральных вяжущих влияет на свойства искусственных каменных материалов, приготовленных на их основе. С увеличением тонкости помола увеличивается связывающая, клеящая способность пластичной массы, которая образуется после перемешивания вяжущего с водой. В результате выше плотность и прочность искусственного камня. Важнейшая операция при производстве минеральных вяжущих – обжиг сырьевых минералов. Именно после обжига получается продукт, способный при соединении с водой образовывать пластичную массу, твердеющую с течением времени. Номенклатура материалов на основе вяжущих материалов. К основным видам материалов на основе минеральных вяжущих относят бетон, железобетон, строительные растворы, силикатные (на основе воздушной извести), асбестоцементные, гипсовые и краски. Есть ещё материалы специального назначения, в том числе теплоизоляционные, кровельные, для гидротехнических сооружений, дорог. Бетон – искусственный камень, полученный в результате перемешивания, формования (укладки) и последующего твердения рационально подобранной смеси минерального вяжущего, воды и заполнителя. По функциональному назначению выделяют бетоны общего (для несущих и ограждающих конструкций жилых, общественных, промышленных зданий) и специального (теплоизоляционные, дорожные, гидротехнические, декоративные и др.) назначения. Железобетон получают на строительной площадке или в заводских условиях, соединяя в единое целое бетон и стальную арматуру. К силикатным искусственным каменным материалам относят кирпич и бетон. Эксплуатационно-технические свойства материалов на основе минеральных вяжущих. Эксплуатационно-технические свойства большинства материалов на основе минеральных вяжущих в значительной мере определяются характеристиками, соотношением сырьевых компонентов и формируются на стадиях перемешивания, укладки и твердения. Бетонная (растворная) смесь должна быть удобоукладываемой. Важные физические и химические свойства бетона – водонепроницаемость, морозостойкость, коррозийная стойкость, а также прочность и деформативность – связаны с плотностью его структуры. При оценке свойств строительных растворов учитывают особенности их применения по сравнению с бетоном: использование в сравнительно тонких слоях, нанесение на водоотсасывающее основание (кирпич, бетоны). В результате большое значение имеет водоудерживающая способность растворной смеси. Основные показатели эксплуатационно-технических свойств силикатного кирпича – водопоглощение, морозостойкость и предел прочности при сжатии. Асбестоцементные материалы отличаются достаточно высокими морозостойкостью и коррозийной стойкостью Эксплуатационную надёжность и долговечность гипсовых строительных материалов связывают прежде всего с их сравнительно высокими гигроскопичностью и водопоглощением. Эксплуатационно-технические свойства красок в большей мере зависят от вида минерального вяжущего. Области применения материалов на основе минеральных вяжущих в современной архитектуре. Широкое применение искусственных каменных материалов на основе минеральных вяжущих – конструкционных, конструкционно-отделочных, отделочных – обуславливается наличием значительных запасов сравнительных запасов сравнительно дешевых сырьевых материалов; возможностью удовлетворять разнообразным требованиям всех видов строительства, в том числе при создании разнообразных форм, вариантов отделки лицевой поверхности; конструкционной совместимостью с другими материалами; сравнительной простотой, низкой энергоёмкостью, возможностью механизации и автоматизации процесса производства; сравнительно низкой себестоимостью материалов и их эксплуатационными характеристиками. С эстетической точки зрения восприятие искусственных каменных материалов связано с визуальным ощущением «каменистости», тяжести Экологическая чистота рассматриваемых материалов не будет вызывать сомнений, если заполнители из горных пород перед их использованием будут исследованы на содержание природных радионуклидов. Декоративные свойства бетонной поверхности. Бетон является распространенным строительным материалом, которому можно придать неплохие пластические и декор свойства. Применяя в качестве компонентов бетона цветные цементы, специальные заполнители, можно придавать бетону вид разнообразных каменных материалов природного происхождения. Поверхность бетона может быть подвергнута специальной обработке, с целью получения выразительной декоративной фактуры. Использование свойства пластичности бетонного раствора дает возможность находить бетону широчайшее применение при изготовлении различных декоративных элементов зданий и сооружений, формовать изделия из бетона, имеющие рельефную поверхность, а также придавать при необходимости бетонным изделиям самую разную конфигурацию. Декоративные бетоны разделяются на две категории: цветные бетоны; бетоны с особо выразительной структурой или имитирующие каменные природные материалы. При получении цветных декоративных бетонов применяются самые различные компоненты: пигменты минерального и органического происхождения, цветные и белые цементы. Чтобы придать декоративным бетонам особую художественную выразительность, используются специальные приемы, позволяющие открыть заполнитель и показать структуру бетона. Это делает возможным имитировать природные отделочные камни или создавать разнообразные декоративные фактуры самого бетона. Для получения необходимой структуры материала декоративного бетона, помимо белого цемента, различных добавок и пигментов, часто используют дробленое цветное стекло, базальт, слюда, дробленый гранит и мрамор. Важным критерием качества изделий из декоративного бетона, являются требование сохранения их свойств в течение длительного периода эксплуатации. Железобетон и архитектурная форма. Железобетон используется не только в строительной практике. Изделия из него нашли применение в качестве элементов дизайна и служат украшением многих садов и парков, холлов, фасадов зданий, городских улиц. Это все то, что носит название архитектурные формы и используется для внесения заключительных штрихов в различные интерьеры. Сюда относятся вазоны для цветов, цветочницы, садовые скамейки, колонны, балясины, тротуарная и фасадная плитка и многие другие изделия. Разнообразные архитектурные формы из железобетона имеют ряд преимуществ. Основные из них – прочность и долговечность. Они не портятся под влиянием снега и дождя, отлично переносят сезонные колебания температуры. Железобетонные архитектурные формы хорошо смотрятся. Они являются чистыми экологически, легко монтируются и не требуют ремонта и дорогостоящего обслуживания. Эти архитектурные формы могут быть выполнены в разных стилях и цветовых вариантах. Определение, исторические сведения применения полимеров в архитектуре. Природные полимеры — сложные смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных. Для производства строительных материалов используются битумы, дегти. Материалы на основе полимеров — твердые, пластично — вязкие (мастики) или жидкотекучие (лаки, краски) составы, в которых кроме полимеров содержится еще ряд компонентов, влияющих на их свойства. Полимерные композиции способны в процессе формования принимать требуемую форму и сохранять ее после снятия формующих нагрузок. Учитывая эту способность, материалы на основе полимеров называют также пластическими массами. Первые искусственные полимеры были получены во второй половине XIX века, в их числе фенолформальдегид. С 1907 года на его основе в США организовано промышленное производство пластмасс, а в 1916 году в больших объемах производилась первая пластмасса горячего формования — бакелит. Впервые дома из пластмасс были построены в конце 20-х и 30-х годов XX века в США (рис. 89). «Винилайт-хауо на Чикагской выставке 1933 г. имел панели из поливинилхлорида толщиной 5 см размером 240 х 70 см и полы из поливинилхлоридных плит. Для здания, где размещалась контора фирмы «Васко», использовали трехслойные панели из полиметилметакрилата и пенопласта. Заметный количественный и качественный рост производства пластмасс может быть отмечен с 1935 года. В том году был изобретен самый прочный материал на основе полимеров — стеклопластик. С 1945 года строительные пластмассы все чаще применяют для внутренней отделки зданий, для ограждения конструкций. С середины 50-х годов XX века в США, Японии, Великобритании, Франции, Швейцарии освоен выпуск каркасных зданий с панелями из пластмассы. Формообразвозм последней были показаны при строительстве в 1956 году во Франции «Дома-улитки» из стеклопластика и в 1957 году «Дома будущего» в США {рис. 90, 91). В этот же период в Париже строится многоэтажное административное здание с наружными стенами из стеклопластика, в США — бескаркасные дома с несущими стенами из пластмассы Основы технологии производства материалов на основе полимеров. Все синтетические полимеры производят двумя способами: полимеризацией и поликонденсацией. Полимеризация‑ процесс соединения многих молекул мономера в макромолекулу полимера, имеющего тот же элементарный состав, что и исходный мономер. При реакциях полимеризации происходит разрыв двойных связей мономеров с образованием мономерных группировок, которые, соединяясь между собой, образуют молекулы полимера. Побочные продукты при этой реакции не выделяются. Поликонденсация‑ образование высокомолекулярного соединения в результате взаимодействия большого числа молекул двух или больше разных мономеров с одновременным выделением побочных низкомолекулярных продуктов реакции (Н2О, NН3, CO2 и др.)- Образующиеся при поликонденсации полимеры имеют как линейную (полиамиды, полиэфиры, поликарбонаты), так и пространственную структуру (аминокислоты, фенолоальдегидные смолы). Номенклатура материалов на основе полимеров. Различают рулонные, погонажные, листовые и платные, монолитные, мастицные и жидкотекущие (лакокрасочные) материалы на основе полимеров. Кроме того, выделяют материалы специального назначения - кровельные и гидроизоляционные, гидроизолирующие, теплоизоляционные. Эксплуатационно-технические свойства полимеров. Эксплуатационно-технические свойства материалов на основе полимеров непосредственно связаны с их структурой, составом и могут регулироваться в широких пределах. Свойства пластмасс при действии воды (гигроскопичность, водопоглощение, водопроницаемость) определяются характером пористости материала и степенью его профильности. Теплостойкость материалов на основе полимеров выражается температурой, при которой под действием определенной заданной нагрузки деформация образца пластмассы достигает известного значения. Твердость пластмасс, как правило, ограничена и не находится в прямой зависимости от прочности. Истираемость ряда пластмасс, несмотря на пониженную твердость, сравнительно низкая. Деформативносгь пластмасс характеризуется склонностью к ползучести — необратимым деформациям при длительном действии нагрузок. Эксплуатационно-технические свойства лакокрасочных материалов на основе полимеров в жидкотекучем состоянии характеризуются главным образом вязкостью, скоростью высыхания. Вязкость красок и лаков относится к реологическим свойствам и непосредственно связана со структурой материала. Укрывистость красочных составов связана с разностью показателей преломления среды и пигмента и зависит от комплекса факторов, в том числе от оптических свойств пигмента, его дисперсности, химического состава и цвета связующего (пленкообразующего).Степень высыхания лакокрасочных покрытий связана с комплексом физико-химических факторов, определяющих структуру и составные поверхности материалов с течением времени. Эстетические характеристики полимеров, отделка лицевой поверхности. Эстетические характеристики пластмасс разнообразны, они могут обладать практически неограниченной цветовой гаммой, включающей самые насыщенные тона. Лицевая поверхность может быть одноцветной или полихромной, цвет часто сочетается с блеском. Например, по степени блеска лакокрасочных полимерных покрытий делятся на: высокоглянцевые, глянцевые, полуглянцевые, полуматовые, матовые, глубокоматовые. Ковровые материалы могут быть однотонными или иметь многоцветный рисунок. Рельефная поверхность ковров создается сочетанием ворса различной высоты, комбинаций разрезного и петельного ворса, тиснением и другими способами. Из иглопробивных и других ковров производят прямоугольные и фигурные плитки. Листы декоративного бумажно-слоистого пластика изготавливаются одноцветными и многоцветными с односторонней и двухсторонней лицевой отделкой, с гладкой блестящей или матовой фактурой, с любым рисунком. На поверхности листового стеклопластика может быть отчетливо видно расположение наполнителя — хаотичное или ориентированное. Разнообразны цвет и рельефный рисунок у полистирольных листов (панелей) и плиток. Пластмассы предоставляют возможность имитации фактуры и рисунка любого материала, в том числе природного камня или древесины. Разнообразные эстетические характеристики пластмасс используют для их сочетания, со многими другими отделочными материалами, например, с металлическими. Качество отделки пластмасс оценивают визуально, обращая внимание на возможные дефекты лицевой поверхности, а также с помощью измерительных приборов и специальных приспособлений. Области применения полимеров в современной архитектуре. В настоящее время в строительстве широко применяются различные виды полимеров. Современные синтетические материалы с успехом используются при конструировании и отделке зданий и сооружений наряду с металлом, бетоном, древесиной, стеклом. В некоторых случаях полимеры выступают в качестве аналогов традиционных стройматериалов, но иногда уникальные свойства синтетических композитов делают их незаменимыми. Направления применения полимеров в строительстве чрезвычайно разнообразны. Часто один и тот же материал может использоваться в различных областях, например – в качестве звуко- и теплоизоляции, конструкционных и декоративно-отделочных элементов. Основные направления применения полимеров в строительстве следующие: несущие и ограждающие конструкции (конструкции из полимербетона, композитные стойки, балки и арматура, многокамерные рамы для стеклопакетов, остекление из монолитного и сотового поликарбоната, светопрозрачное покрытие для теплиц, оранжерей и так далее) теплоизоляция; гидроизоляция; полы и напольные покрытия (наибольшее распространение наливные полы получили в производственных зданиях, торговых центрах, складских помещениях, медицинских и образовательных учреждениях. Образуемая в результате отверждения поверхность полимеров, не нуждается ни в какой дополнительной отделке ) инженерные коммуникации; клеи, пены; модифицирующие добавки. |