Основные свойства строительных материалов: механические, физические, химические и технологические. классификация стройматериалов и новинки в современном строительстве

Физико-химические и химические свойства материалов

Отметим, что именно во время проведения ряда анализов важно суметь не только выявить входящие элементы, но их количество и пропорции. А для этого нужно определить химические и физико-химические свойства предметов исследования

Основные химические свойства материалов:

• способность вступать в реакцию с летучими веществами и кислородом;
• кислотостойкость;
• щелочестойкость.

Свойства материалов характеризуют способность взаимодействовать с ними или противодействовать разрушительным свойствам этих растворов.

Физико-химические свойства материалов:

• цвет и плотность;
• температура, при которой материал плавится и распадается;
• теплопроводность и электропроводимость материала;
• магнитные свойства и устойчивость к коррозии, если присутствуют металлы.

Какие еще свойства относятся к физическим?

Сегодня древесина является одним из самых востребованных материалов. Именно поэтому физические свойства древесины как конструкционного материала, безусловно, значимы. Это объясняется тем, что они влияют на характеристику и эксплуатационные качества уже изготовленных из древесины конструкций. Помимо вышеперечисленных качеств, таких как внешний вид и влажность, существуют еще и другие.

Усушка

В процессе, когда из материала удаляется связная вода, уменьшается объем и изменяются линейные размеры древесины. Результатом максимальной усушки, когда удаляется вся вода, является визуальное изменение и появление трещин как внутри, так и снаружи.

Коробление

Когда материал в ходе обработки (это может быть распил, строгание, ребровое деление) меняет свою изначальную форму, происходит процесс коробления. Оно проявляется в процессе усушки, бывает продольным и поперечным.

Разбухание

Объем и линейные размеры древесины – это показатели непостоянные, они могут меняться со временем под воздействием различных факторов окружающей среды. Одним из таких факторов является увеличение объема связной воды в материале. Открытый воздух, в котором есть влага, способствует росту количества связной воды.

Данное свойство относится к отрицательным, если речь идет о конструировании, например, мебели. Но если нужно построить судно или сконструировать бочку для хранения вина, такое свойство, как разбухание, очень даже к месту. Оно обеспечивает плотное соединение всех элементов конструкции.

Влагопоглощение

Одной из отрицательных характеристик древесины, независимо от сорта и породы, является влагопоглощение. Данное свойство характерно для всех пород деревьев. Именно поэтому абсолютно все конструкции, изготовленные из дерева, в обязательном порядке перед поступлением на потребительский рынок подвергаются обработке специальными средствами. Их поверхность покрывают пленочным и лакокрасочным материалом, который предотвращает впитывание влаги материалом.

Плотность

Плотностью называют массу единицы объема материала. Измеряется показатель в кг/м³ или г/см. В производственном процессе за основной показатель берут базисную плотность. Для ее определения используют две величины – массу сухого образца и его объем во влажном состоянии. Выводят соотношение этих двух величин и получают базисную плотность древесины.

Плотность древесины бывает малой – показатель влажности от 540 кг/м³, средней – плотность от 550 кг/м³ до 740 кг/м³ и высокой.

Проницаемость

Проницаемость материала – это его пропускная способность. В лабораторных условиях определяют, как и в каком количестве материал пропускает газ и жидкость, подаваемые под высоким давлением.

Тепловые

К тепловым свойствам материала относятся такие показатели, как удельная теплоемкость, теплопроводность и тепловое расширение. Первый показатель определяет способность сырья к аккумулированию тепла. Применяя специальные методы, устанавливают количество тепла, которое необходимо для того, чтобы нагреть 1 кг материала на 1°С.

При помощи второго показателя можно определить, с какой скоростью в материале переносится тепло. А вот в процессе теплового расширения можно наблюдать изменение объема и линейных размеров.

Электропроводность

Данное свойство определяет то, насколько материал проводит ток. Чем выше влажность материала, уровень связной воды, тем меньше сопротивление току.

Электрическая прочность

Данное свойство определяется в том случае, если сырье в дальнейшем будет использоваться как электроизолирующий материал. На данный показатель влияет порода дерева, влажность, температура.

Звукопроводность

Древесина – это материал, который способен распространять звук. Существует три уровня звукопроводности пиломатериала. Низкий уровень находится в тангентальных волокнах, средний – в радиальных, а самый высокий показатель звукопроводности расположен вдоль волокон. Именно поэтому так часто этот материал используют для изготовления музыкальных инструментов.

Диэлектрические

Для определения данного свойства используют переменное электрическое поле. Было установлено, что когда на древесину действует механическое усилие, на ее поверхности появляются электрические заряды.

Механические свойства металлов

Данные сведения не рассматриваются как расчетные величины. Они определяются в процессе экспериментальных изысканий, в частности, деформации заготовок на растяжение и сжатие с применением специализированного оборудования.

Основными называют:

1. Прочность. Под этим аспектом принято понимать способность сохранять кристалическую целостность под воздействием мех. нагрузок различного типа, как статических, так и динамических, в том числе ударного формата. Чем прочнее монометалл, тем он долговечнее в тех конструкциях, где материал подвергается серьезным перегрузкам. Особенно это бывает актуально в тех областях, где от прочностных показателей зависит жизнь и здоровье человека, например, на транспорте.
2. Пластичность – характеристика, отражающая потенциал того или иного моноэлемента либо сплава под усилиями от внешних сил изменять свою геометрию и объем. При этом, опять же, физического разрушения кристаллической решетки не должно быть.
3. Твердость. Понятно, что подавляющее большинство металлических брусков руками не проверишь – для железа и алюминия ощущения будут одинаковыми. Для этого используются специальные приспособления – приборы Бриннеля или изобретение Роквелла. В первом случае в образец пытаются «впихнуть» сильнозакаленный шар, во втором – алмазную пирамиду. По размеру следа от давления и устанавливается плотность того или иного состава.

Здесь важно понимать, что прочность и твердость – это разные механические свойства металлов, порой, даже не взаимозначимые. Твердые образцы могут быть хрупкими

1. Ударная вязкость. Как следует из названия речь идет о возможности противостоять нагрузкам при целенаправленных ударах. Измеряется в джоулях на сантиметр кубический.
2. Упругость. Под действием различного рода сил образец изменяет свою форму и объем. Способность восстановить свои начальные параметры и определяют упругость.

Также к механике относятся конструкторские особенности ­– надежность, живучесть, долговечность.

Основные физико-химические свойства строительных материалов

К важным химическим свойствам можно отнести следующие показатели:

Сравнительные характеристики стеновых материалов.

1. Химическая стойкость – представляет собой возможность противостоять разрушающему воздействию разнообразных веществ, таких как кислоты, щелочи, соли, газы и другие вещества. Например, мрамор или цемент имеют способность быстро разрушаться под воздействием кислот, но к воздействию щелочей они устойчивы. Силикатные способны противостоять кислотам, но, наоборот, не могут противостоять щелочам. В технологии обязательно используют данный показатель.
2. Коррозионная стойкость – способность бороться с влиянием внешней атмосферы. В основном благоприятной атмосферой для образования коррозии является простая вода. Уровень минерализации, щелочности, кислотности и жесткости напрямую влияет на агрессивный показатель жидкости. Воздух аналогично предстает агрессивной атмосферой, которая способна подвергнуть объект коррозии. Они подвергаются коррозии благодаря различным газам, азоту, хлору. Зачастую можно встретить биокоррозию. Она образуется благодаря воздействию активных субъектов – грибов, растений, насекомых.
3. Растворимость – возможность растворяться в жидкостях (бензин, вода, масло, скипидар). Данное свойство способно приносить только плюсы или являться негативным свойством. Если во время строительных работ облицовочное средство быстро растворяется под воздействием жидкости, то это отрицательное свойство.
4. Адгезия – способность соединяться с другой поверхностью. Данное свойство характеризуется показателем прочности и схватки между потенциальными материалами. Эти данные очень важны при образовании бетона, клееных деталей.
5. Кристаллизация – является процессом появления кристаллов из паров, растворов и расплавов. В основном проявляется она в химических реакциях с выделением тепловой энергии.
6. Долговечность является способностью проявлять сопротивление воздействию атмосферных влияний в период использования.

Химические свойства

Химические свойства отражают способность строительного материала к химическому взаимодействию с другими веществами и определяются следующими показателями:

• химическая активность;
• химическая или коррозийная стойкость;
• растворимость;
• способность к адгезии и кристаллизации.

1. Химическая активность. Различают положительную и отрицательную химическую активность:

• положительная – в процессе взаимодействия происходит упрочнение структуры вещества. Например, образование гипсового, цементного камня;
• отрицательная – когда реакция взаимодействия вызывает разрушение материала – например, коррозия под действием кислот, солей, щелочей.

2. Адгезия — соединение жидких и твердых стройматериалов по поверхности, обусловленное межмолекулярным воздействием. В результате получаются многокомпонентные строительные материалы, например, железобетон, прочность которого обеспечивается монолитным соединением арматуры и заполнителей бетона с цементным камнем за счет адгезии.

3. Растворимость — способность материала образовывать с органическими растворителями или с водой однородные системы (растворы). Растворимость зависит как от состава самого вещества, так и от температуры, от давления.

Показатель растворимости вещества называется произведением растворимости (ПР), которое отражает предельное содержание растворенного вещества в граммах на 100 мл раствора при нормальном давлении и заданной температуре.

4. Кристаллизация — процесс, при котором образуются кристаллы из паров, расплавов, растворов при химических реакциях и электролизе. В процессе кристаллизации выделяется тепло.

Растворение и  кристаллизация – основные процессы для получения искусственных каменных строительных материалов на основе цемента, извести, гипса.

5. Коррозийная (химическая) стойкость — способность стройматериала противостоять разрушению под воздействием агрессивных сред. Химическая стойкость оценивается по значению коэффициента, рассчитываемому как отношение прочности (массы) материала после коррозийного воздействия к прочности (массе) до проведения испытаний. Если значение коэффициента составляет 0,9-0,95, то вещество признается химически стойким к исследуемой среде.

Органические строительные материалы (битумы, древесина, пластмассы) при обычной температуре достаточно стойки к воздействию щелочей и кислот средней и слабой концентрации.

Стойкость неорганических строительных материалов к коррозии зависит от их состава.

В видео показан процесс проведения испытаний для определения свойств бетона:

https://youtube.com/watch?v=Uu5hfcOLqfM

{lang: ‘ru’}

Химические свойства

Химические свойства демонстрируют, насколько материалы могут быть химически стойкими, сопротивляться коррозии, способны растворяться в жидкостях, устойчивы к влиянию кислот, щелочей и подвержены адгезии.

https://youtube.com/watch?v=fghCCjsCylE

Химически стойкий материал не поддается разрушительному влиянию реагентов: щелочи, кислоты, соли, газа. На химическую стойкость влияет структура материала и его состав.

Сопротивляемость материала коррозии – это коррозионная стойкость. Морская и пресная – удобная среда для развития процессов коррозии. Жесткость воды, кислотность, присутствие щелочи влияют на ее агрессивность.

Например, если в воздухе содержится большой процент азота или сероводорода, то его смело можно считать агрессивной средой.

Если строительные материалы растворяются в различных жидкостях, их называют растворимыми. На растворимость влияет химический состав материала, давление и температура.

Адгезия – это способность притягиваться к поверхности какого-либо другого материала. Ее единицей измерения является кгс/см² или МПа. Адгезия обеспечивает прочное сцепление между материалами и зависит от их природы и состояния их поверхностей.

Классификация стройматериалов

Все строительные материалы классифицируют по назначению, виду и  способу получения:

— по назначению строительные материалы делят на:

• конструкционные;
• отделочные;
• теплоизоляционные;
• гидроизоляционные;
• акустические;
• герметизирующие;
• антикоррозионные.

— по виду различают стройматериалы:

• каменные;
• лесные;
• металлические;
• полимерные;
• керамические;
• стеклянные и т.п.

— по способу получения строительные материалы делятся на:

• природные – их добывают в месте, где они образовались (например, горные породы) или выросли (древесина). При  использовании природных строительных материалов применяют главным образом механическую обработку – распиловку или дробление. Соответственно свойства природных стройматериалов зависят от происхождения исходной породы и способа обработки;
• искусственные – их изготавливают из природного сырья (песок, глина, известняк, газ, нефть и т.п.) с добавлением  промышленных отходов (зола, шлаки). Искусственные стройматериалы приобретают новые свойства, которые могут значительно отличаться от свойств исходного природного сырья.

.

Классификация стройматериалов

По способу получения все строительные материалы делят на:

• природные;
• искусственные.

По своему происхождению они бывают:

• каменные;
• лесные;
• металлические;
• стеклянные;
• полимерные и т. д.

В общем и целом условно можно выделить девять групп строительных материалов:

1. Материалы для возведения фундамента и стен (бетон, кирпич, брус, бут и другие).
2. Материалы для кровли (черепица, шифер, листовая сталь, рубероид).
3. Отделочные материалы (гипсокартон, грунтовки, штукатурные смеси).
4. Декоративные материалы (бумажные обои, паркет, ламинат, панели из искусственного камня).
5. Материалы для монтажа (гвозди, шурупы, скобы, дюбеля).
6. Строительные растворы (цемент, известь, клеевые смеси, акустические растворы).
7. Полимерные материалы (пластик, полиэтилен, полистирол, поликарбонат).
8. Изоляционные материалы (опилки, стружка, пеностекло, минеральная вата).
9. Материалы для дорожного строительства (асфальт, асфальтобетон, битумы, брусчатка).

Основные физико-химические свойства строительных материалов

К важным химическим свойствам можно отнести следующие показатели:

Сравнительные характеристики стеновых материалов.

1. Химическая стойкость — представляет собой возможность противостоять разрушающему воздействию разнообразных веществ, таких как кислоты, щелочи, соли, газы и другие вещества. Например, мрамор или цемент имеют способность быстро разрушаться под воздействием кислот, но к воздействию щелочей они устойчивы. Силикатные способны противостоять кислотам, но, наоборот, не могут противостоять щелочам. В технологии обязательно используют данный показатель.
2. Коррозионная стойкость — способность бороться с влиянием внешней атмосферы. В основном благоприятной атмосферой для образования коррозии является простая вода. Уровень минерализации, щелочности, кислотности и жесткости напрямую влияет на агрессивный показатель жидкости. Воздух аналогично предстает агрессивной атмосферой, которая способна подвергнуть объект коррозии. Они подвергаются коррозии благодаря различным газам, азоту, хлору. Зачастую можно встретить биокоррозию. Она образуется благодаря воздействию активных субъектов — грибов, растений, насекомых.
3. Растворимость — возможность растворяться в жидкостях (бензин, вода, масло, скипидар). Данное свойство способно приносить только плюсы или являться негативным свойством. Если во время строительных работ облицовочное средство быстро растворяется под воздействием жидкости, то это отрицательное свойство.
4. Адгезия — способность соединяться с другой поверхностью. Данное свойство характеризуется показателем прочности и схватки между потенциальными материалами. Эти данные очень важны при образовании бетона, клееных деталей.
5. Кристаллизация — является процессом появления кристаллов из паров, растворов и расплавов. В основном проявляется она в химических реакциях с выделением тепловой энергии.
6. Долговечность является способностью проявлять сопротивление воздействию атмосферных влияний в период использования.

Вариант для внутренней отделки

Многие люди не уделяют должного внимания материалу, предназначенному для отделочных работ внутри дома. Дело в том, что стены занимают большую часть площади жилого помещения, поэтому взгляд при входе в квартиру или дом сразу останавливается на них. Независимо от характера и положения в обществе люди хотят одного: чтобы стены в их доме были красивыми и надежными.

Стекломагнезит — материал, который не боится огня

В отделке жилых помещений лучше всего выбирать штукатурку, древесину или текстильные материалы. Сейчас их называют “дышащими”. В помещениях небольшого размера очень выразительно будет смотреться отделка стен керамикой, камнем и древесиной. Такая отделка придаст не только эффект натуральности, но и сделает стены в помещении яркими и броскими. Если вам не по душе такая перспектива, то лучше использовать такие материалы в отделке дополнительных помещений (например, балкона или лоджии).

При для отделки стен нельзя исключать и тот факт, что отделка натуральными материалами может надоесть вам. Жаль будет менять декорации, в установку которых вложены не только немалые деньги, но и собственный труд. Поэтому окрашенные поверхности и обои обладают преимуществом перед натуральными “продуктами”.

Внутренняя отделка играет немалую роль в оформлении жилья. Но какой материал выбрать при строительстве? Практика показывает, что зачастую много вопросов возникает во время возведения стен. Ведь каждый знает, что стены должны быть прочными, обеспечивать защиту от различных атмосферных воздействий, а также обладать хорошей теплоизоляцией. Материалов, которые используются именно с этой целью, представлено много. Конечно, при выборе пригодятся знание о том, какие же есть основные свойства строительных материалов?

Кирпич: преимущества и недостатки

В первую очередь, такой материал обладает прочностью и устойчивостью к воздействию высоких температур. Хорошему по качеству кирпичу не страшны ни гниль, ни вода, ни огонь. Недостатком является его высокая теплопроводность, поэтому все кирпичные дома – холодные. Благодаря современным технологиям появляются варианты пористого кирпича, но даже он не сравнится с древесиной. Существует два типа: силикатный и керамический кирпич.

Силикатный кирпич изготавливают из воды, извести и песка, поэтому он имеет серовато-белый цвет. Он тяжелее и плотнее, чем глиняный кирпич, но легко впитывает воду, из-за его нельзя применять при строительстве фундамента.

Разнообразие камня для отделки

В производстве керамического кирпича используются обожженные глиносодержащие смеси. Такой делится на строительный и облицовочный кирпич. При строительстве внутренних и внешних стен используется строительный кирпич, поскольку он обладает высокой устойчивостью к морозам, а также хорошо держит нагрузку. Для отделки фасадов берут облицовочный, который не только выполняет декоративную функцию, но и улучшает теплоизоляцию стен.

При выборе для строительства нужно обратить внимание на его цвет, прочностные качества, морозостойкость. Например, бледно-розовый цвет кирпича говорит о его недожоге

Соответственно, при возведении стен из такого материала ваш дом впитает всю воду, как губка. Не стоит приобретать и кирпич темно-бурого цвета, так как он абсолютно водонепроницаем, а значит, при строительстве не будет скрепляться раствором. Такой хорошо использовать для строительства дорожек – ходить по ним будет приятно и сухо.

Использование бетона при возведении домов

Бетон представляет собой каменный материал, который отличается огнестойкостью, долговечностью, низкой гигроскопичностью и высокой прочностью. В современном строительстве лидером является ячеистый бетон, обладающий хорошей теплоизоляцией. Благодаря этому качеству такой материал позволяет строить коттеджи и дома с достаточно тонкими стенами, вес которых получается небольшим. К разновидностям ячеистого бетона относятся пенобетон, газобетон и газосиликат, которые отличаются между собой способом образования ячеек и составом.

Основным минусом является его высокая гигроскопичность, поэтому при создании цоколя во время строительства нужна хорошая гидроизоляция. По поводу остальных характеристик, ячеистый бетон является экологичным материалом, обладающим низкой теплопроводностью, огнеупорностью, а также устойчивостью к морозам. Кроме этого он имеет сравнительно небольшой вес, что и делает его таким популярным.

Классификация химических материалов

Классифицируют химические материалы по нескольким признакам:

1. По происхождению. Делятся на растительные, животные и минеральные.
2. По составу: на органические и неорганические материалы.
3. По агрегатному состоянию: на твердые материалы, жидкие и газообразные.

Стоит отметить, что под стойкостью понимают сохраняющую способность защитных свойств вещества под воздействием агрессивных химических сред.

Различные требования к стойкости в огромной степени зависят от области их дальнейшего использования.

Химическая стойкость материала в полной мере достигается лишь для некоторых разновидностей полимеров при определенной концентрации стабилизаторов или продуктов расщепления. Но на практике достигнуть ее в совершенстве практически невозможно. Ведь с одной стороны она зависит от разнообразных требований, а с другой является комплексным свойством. Потому химический анализ материалов нужен для определения добавки нужного количества стабилизирующих продуктов и состава самого вещества.

Этот метод основывается на различных реакциях, которые позволяют наиболее точно определить весь химический состав материала.