Конобеева А.Б., Кострикина А.В. Товароведение и экспертиза строительных материалов. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

А - площадь истираемой поверхности, см

Средние значения истираемости некоторых материалов, г/см

гранит 0,03...0,07

поливинилхлоридный линолеум 0,02...0,04

керамическая плитка для полов 0,08

шлакоситалл 0,01...0,03

известняк 0,3. ..0,8

Испытания на истираемость проводят на машинах барабанного типа

или с возвратно-поступательным движением. За характеристику истирае-

мости принимают потерю массы или объема материала, отнесенную к

1 см

площади истирания, или величину уменьшения толщины образца ма-

териала (мкм).

Упругость – способность материала восстанавливать первоначаль-

ную форму и размеры после снятия нагрузки, которая вызвала эти измене-

ния. Наибольшее напряжение, до которого в материале возникают только

упругие деформации, называют пределом упругости. У каждого материала

есть постоянная характеристика – модуль упругости Е, Па или МПа. Мо-

дуль упругости характеризует жесткость материала, т.е. его способность

сопротивляться упругим деформациям.

Значения модуля упругости некоторых материалов, МПа, приведены

ниже.

Сталь Чугун Древесина Стекло Полистирол

102⋅

102,1 ⋅

101⋅

108⋅

103⋅

Упругими являются резина, герметизирующие прокладки, ла-

кокрасочные пленки, сталь, древесина и другие материалы.

Пластичность – свойство твердого материала изменять без раз-

рушения форму и размеры под действием нагрузки в значительных преде-

лах и сохранять их после ее снятия. Пластическая (остаточная) деформа-

ция, не исчезающая после нагружения, называется необратимой. Абсолют-

но упругих или абсолютно пластичных материалов нет: в той или иной

степени каждый материал проявляет упругие или пластичные свойства. В

большей степени к упругим материалам относятся природные и искусст-

венные каменные материалы, стекло, сталь; к пластичным – глина, битум

(при положительных температурах), некоторые виды пластмасс, бетонные

и растворные смеси до затвердевания. Пластичными являются глиняное

тесто, бетонные и растворные смеси, битум при положительных темпера-

турах, свинец и др. Пластичность глиняного теста используется при изго-

товлении керамических изделий. Пластичность растворной смеси позволя-

ет ей легко растекаться по поверхности камня тонким слоем и заполнять

все неровности основания. Практически у всех материалов пластичность

увеличивается с повышением температуры, влажности и скорости нарас-

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

тания действующей нагрузки (глина, хрупкая в сухом состоянии, стано-

вится пластичной во влажном).

Хрупкость – свойство твёрдого материала под действием нагрузки

внезапно разрушаться без предварительной остаточной деформации.

Хрупкое разрушение трудно предусмотреть, так как его внешние признаки

при малых деформациях практически не заметны. Хрупкие материалы в

отличие от пластичных не формуются, им нельзя придать желаемую фор-

му, так как при ударной нагрузке, резком сжатии такой материал быстро

разрушается, рассыпается на осколки, дробится на части вследствие быст-

рого развития в них одной или нескольких трещин.

Хрупкость присуща не только кристаллическим, стеклообразным, но

и полимерным материалам. Большинство материалов при понижении тем-

пературы становятся хрупкими (битумы, некоторые пластмассы, металлы).

Еще одной особенностью этих материалов является достаточно высокая

прочность на сжатие и весьма небольшая прочность на растяжение (разни-

ца прочности в 10...15 раз и выше). К хрупким материалам относятся

большинство каменных материалов (стекло, керамика, бетон). В опреде-

ленных условиях хрупкость могут проявлять битум и некоторые пластмас-

сы (при отрицательных температурах), малоуглеродистая сталь (при очень

низких отрицательных температурах), стекло, керамические изделия, чу-

гун.

Хрупкие материалы, в состав которых вводят элементы, хорошо со-

противляющиеся растяжению (стальную арматуру, асбестовые волокна),

используют в основном для возведения сжимаемых конструкций — ко-

лонн, стен.

При обосновании технической целесообразности применения мате-

риала для устройства полов промышленных зданий, дорожных и аэро-

дромных покрытий, тротуаров и в других случаях строительной практики

(например, при выборе способа обработки материала) важное значение

имеют специальные механические свойства: динамическая прочность

(ударная вязкость и прочность), твердость, истираемость и износостой-

кость.

Ударная вязкость или сопротивление удару – свойство, харак-

теризующее сопротивление материала разрушению или деформированию

при ударе. Хрупкие материалы плохо сопротивляются удару.

Сопротивление удару важно для материалов дорожных и аэродром-

ных покрытий, а также конструкций, подвергаемых при эксплуатации ди-

намическим (ударным) нагрузкам.

Износ – разрушение материала при совместном действии истирания

и удара. Износ материала зависит от его структуры, состава, твердости,

прочности, истираемости. Прочность при износе оценивается потерей в

массе, выраженной в процентах. Износ важен для материалов полов, сту-

пеней лестниц, дорожных покрытий, лакокрасочных пленок.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Износостойкость – способность материала сопротивляться одновре-

менному воздействию истирания и удара. Износ определяют с помощью

вращающихся барабанов, куда вместе с образцами материала загружают

определенное количество металлических шаров, усиливающих эффект ис-

тирания и удара при вращении барабана. В качестве характеристики изно-

са используют относительную потерю массы образца в процентах от его

первоначальной массы. Износостойкость и износ имеют решающее значе-

ние при выборе долговечных материалов для дорог, лестничных ступеней,

покрытий полов и т.п.

Вязкость – внутреннее трение жидкости, препятствующее пе-

ремещению одного ее слоя относительно другого. Вязкость характери-

зуется коэффициентом динамической вязкости т) и измеряется в Па·с.

В строительстве часто применяют пластично-вязкие смеси (строи-

тельные растворы, краски, гипсовое, цементное тесто и т.д.), которые по

своим свойствам занимают промежуточное положение между жидкими и

твердыми телами. Так, тесто можно разрезать ножом (что нельзя сделать с

жидкостью), но вместе с тем тесто принимает форму сосуда, в который оно

помещено, т.е. ведет себя как жидкость.

Наблюдая за растворной смесью или красочным составом под на-

грузкой, можно заметить, что при малых нагрузках они ведут себя как

твердые тела, проявляя упругие свойства. При увеличении нагрузки у них

появляются необратимые пластические деформации. При дальнейшем уве-

личении нагрузки эти смеси начинают течь, как вязкие жидкости.

Условную вязкость мастик, клеев, красочных составов устанавлива-

ют на вискозиметре ВЗ-4. В этом случае вязкость характеризуется време-

нем истечения (с) 100 см

материала через калиброванное сопло вискози-

метра при определенной температуре (20°С).

Гибкость – способность достаточно пластичного материала сохра-

нять сплошность структуры (без появления трещин) при огибании вокруг

стержня определенного диаметра. Например, для определения гибкости

линолеума из его полосы в продольном направлении вырезают два образца

шириной 50 мм и накатывают лицевой поверхностью наружу на гладкий

стержень диаметром 20...75 мм (в зависимости от вида линолеума). Мате-

риал считается выдержавшим испытание, если по истечении 30 с на по-

верхности образцов не появились трещины.

Химические свойства

Химические свойства характеризуют способность материалов про-

тивостоять разрушающему действию солей, кислот, щелочей, масел, неф-

тепродуктов, с которыми в процессе эксплуатации они могут находиться в

контакте. Изменение химического состава может быть как полезным (на-

пример, при твердении минеральных вяжущих веществ), так и вредным

(например, разрушение строительного раствора агрессивными жидкостями

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

и газами, старение органических вяжущих). Основными химическими

свойствами являются:

• химическая стойкость;

• коррозионная стойкость;

• биологическая стойкость;

• адгезионная способность;

• экологическая чистота.

Химическая стойкость – способность материалов сопротивляться

разрушительному влиянию щелочей, кислот, растворенных в воде солей и

газов. Большинство строительных материалов не обладает стойкостью к

действию кислот и щелочей.

Материалы в строительных конструкциях очень часто испытывают

воздействие агрессивных жидкостей и газов. Например, сточные воды,

проходящие по канализационным системам, могут содержать свободные

кислоты и щелочи, разрушающие поверхность железобетонных и металли-

ческих труб. Известняки, мраморы, доломиты относительно быстро раз-

рушаются под действием кислот; многие виды цементов слабо противо-

стоят действию кислот; битумы способны разрушаться под действием

концентрированных растворов щелочей.

Некоторые строительные изделия обладают высокой сопротивляе-

мостью действию щелочей и кислот (керамические материалы с плотным

черепком – облицовочные плитки, плитки для полов, канализационные

трубы, стекло), к воздействию кислот и растворов солей (пластмассы на

основе полиэтилена, полистирола, поливинилхлорида). Углеродистые ста-

ли, чугуны, гранит, каменное литье из базальта, шлакоситаллы отличаются

высокой кислотостойкостью, хромоникелевые стали, латуни (никелевые),

бетоны на глиноземистом цементе – щелочистойкостью.

Агрессивная внешняя среда (пресная и морская вода, минерализо-

ванная грунтовая вода, дождевая вода с растворенными кислыми газами,

представляющими собой отходы промышленных производств и автомо-

бильного транспорта), вступая в химическое взаимодействие, может вы-

звать разрушение (коррозию) материала и снизить его прочность.

Коррозионная стойкость зависит от химического состава материала

и пористости, определяющей условия взаимодействия с агрессивной сре-

дой. Если в составе преобладает кремнезем (диоксид кремния), то матери-

ал обычно стоек к кислотам, но взаимодействует со щелочами. Если боль-

ше основных оксидов (СаО и др.), то материал нестоек к кислотам, но ще-

лочами не разрушается. Материалы на основе органических вяжущих ве-

ществ (битумные, дегтевые, полимерные) изменяют свои свойства вслед-

ствие физико-химических превращений под действием природных факто-

ров: кислорода воздуха, ультрафиолетового излучения, повышенной тем-

пературы. Этот процесс носит название «старение» и проявляется в повы-

шении хрупкости, снижении прочности, потере гидрофобности. Прозрач-

ные полимерные материалы со временем мутнеют.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Коррозионная стойкость – свойство материала сопротивляться

коррозии, т.е. разрушению, вызванному действием внешней агрессивной

среды. Коррозия (от лат. corrodo - разъедаю) бывает:

• химической (в результате воздействия пресной и морской во-

ды);

• электрохимической (в результате воздействия растворителей,

кислот, щелочей).

Коррозии подвергаются многие строительные материалы - металлы,

бетон, горные породы (под влиянием химического воздействия воды гор-

ные породы и каменные материалы постепенно растворяются; коррозия

бетона происходит из-за разрушения цементного камня от действия пре-

сных, минерализованных вод).

Материалы, отличающиеся коррозионной стойкостью в различных

агрессивных средах, называют коррозионно-стойкими (керамические ма-

териалы с плотным черепком, стекло, асбесты, легированные стали, спла-

вы титана и алюминия, многие пластмассы и др.).

Биологическая стойкость – способность материалов сопротив-

ляться влиянию процессов жизнедеятельности бактерий и других живых

организмов (биологической коррозии).

Большинство строительных материалов практически биостойкие -

металлы и их сплавы, каменные и другие неорганические материалы, пла-

стмассы, но и они подвержены воздействию бактерий-деструкторов. Из

литотрофных бактерий наиболее активными агентами биоповреждений яв-

ляются сульфатредуцирующие, тионовые, нитрифицирующие и железо-

бактерии, которые способны использовать практически любые, содержа-

щие азот и углерод, источники энергии и питания, органического и неор-

ганического происхождения и вызывать коррозию металлов, разрушение

бетона, камня, кирпича и других материалов.

Материалы органического происхождения - древесина, войлок, неко-

торые пластмассы и др. имеют низкую биологическую стойкость, так как

само вещество материала служит питательной средой для образования

гнили, червоточины, разложения вещества материала. Особенно это про-

является у ценного строительного материала – древесины, для которой ха-

рактерны такие пороки, как гнили, грибные окраски, плесени, возникаю-

щие в условиях повышенной влажности древесины.

Биокоррозии подвержены некоторые пластмассы, битумы, измене-

ние структуры и химического состава которых вызвано агрессивным воз-

действием солнечного облучения, кислорода воздуха, повышенных или

пониженных температур и приводит к старению.

Наиболее активными разрушителями непродовольственных ма-

териалов, сырья и изделий на основе органических веществ являются гни-

лостные бактерии, добывающие себе энергию путем окисления органиче-

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ских веществ (спорообразуюшие и бесспоровые, аэробные и анаэробные

бактерии).

Грибы-деструкторы так же, как и бактерии, имеют некоторые мор-

фологические, физиологические и генетические особенности, благодаря

которым они занимают доминирующее положение среди организмов, вы-

зывающих биоповреждения.

Большинство грибов-технофилов, вызывающих повреждения про-

мышленных материалов (текстиль, металл, бетон, пластмассы, резина, ко-

жа, топливо, лаки, краски, бумага и т.д.), обладает богатым ферментным

аппаратом, высокой энергией размножения (особенно виды родов Aspergil-

lus, Penicillium, Trichoderma, Alternaria, Fusarium и др.) и микроскопиче-

скими размерами, благодаря которым они могут проникать в мельчайшие,

невидимые глазу трещины и поры таких плотных материалов, как гранит,

металл, полимерные материалы (на границах раздела высокомолекулярно-

го соединения и компонентов, входящих в состав материалов) и поэтому

способны привести к преждевременному выводу из строя любое промыш-

ленное изделие.

Адгезионная способность. Адгезия (от лат. adhaesio - прилипание) –

сцепление (слипание) и связь силами межмолекулярного воздействия меж-

ду находящимися в контакте поверхностями разнообразных по составу

твердых или жидких материалов. Она зависит от химической природы ма-

териалов, состояния поверхности, условий контакта.

Значительная часть конструкционных материалов не обладает доста-

точной стойкостью и требует специальной защиты от коррозии. Для отде-

лочных материалов, представляющих собой при использовании вязко-

текучие или вязко-элластичные составы (краски, клеи, мастики, раствор-

ные смеси), чрезвычайно важна адгезионная способность материала, кото-

рая проявляется в сопротивлении отрыву или разделению контактирую-

щих материалов. Количественной оценкой адгезии является усилие отрыва,

отнесенное к единице площади контакта.

Высокой адгезионной способностью обладают битумные и дегтевые,

магнезиальные и др. вяжущие, что учитывается при изготовлении кро-

вельных, гидроизоляционных материалов, фибролита, ксилолита (мате-

риала для полов), при склеивании, сварке, нанесении защитно-

декоративных покрытий (лакокрасочных, эмалевых и др.).

В связи с широким внедрением в строительную практику синте-

тических полимерных материалов важной характеристикой качества

строительных материалов является их экологическая чистота (экологич-

ность) - отсутствие токсичности, вредного биологического действия на

людей.

В состав пластмасс входят стабилизаторы, полимеры и другие ком-

поненты, которые имеют резкий сильный запах и могут вызывать загряз-

нение внешней среды. При выполнении лакокрасочных работ следует учи-

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

тывать ядовитость (токсичность) некоторых пигментов, содержащих со-

единения свинца, меди, мышьяка, а также ацетона и ароматических соеди-

нений.

Многие виды обоев, линолеумов, упаковочных, кровельных мате-

риалов, бытовых изделий, жалюзи и даже игрушки из ПВХ в момент горе-

ния выделяют сильнейший яд – диоксин, способный привести человека к

летальному исходу. Кроме того, диоксин способен сохранять токсичность

несколько десятков лет.

Потолочные панели из вспененного полимера полистирола (пено-

пласт) относятся к наименее вредным бытовым изделиям, но при горении

способен выделять удушливые газы. Стеклопластики выделяют стирол,

бензол, ацетон, толуол.

Древесно-волокнистые и древесно-стружечные плиты, широко ис-

пользующиеся для производства мебели и при строительстве жилых и

производственных зданий, содержат различные модификации карбамидо-

формальдегидной смолы, способные выделять в окружающую среду фор-

мальдегид, фенол, метанол, аммиак и т.д.

Существуют нормы предельно допустимых концентраций вредных

веществ и методы токсикологической стандартизации сырья, полуфабри-

катов и готовой продукции. Применение экологически грязных материалов,

обладающих высокой токсичностью, в зданиях и сооружениях категориче-

ски запрещено. Альтернативой многим вредным для здоровья человека ма-

териалам могут служить натуральные материалы (вместо виниловых обоев

– обои на тканевой основе, оконных рам из ПВХ – цельнодеревянные или

алюминиевые, комбинированные, ПВХ-покрытий для полов – паркет и

т.д.)

Технологические свойства

Технологическими называют свойства материала воспринимать оп-

ределенные технологические операции с целью изменения формы, разме-

ров, характера поверхности.

Технологические свойства позволяют перерабатывать сырье и полу-

чать доброкачественную продукцию из исходных материалов при приня-

той технологии с использованием технологического оборудования.

Одним из основных технологических свойств бетонной и растворной

смеси является удобоукладываемость.

Удобоукладываемость бетонной смеси характеризует ее способ-

ность заполнять форму и уплотняться при помощи вибрации. Удобо-

укладываемость растворной смеси характеризует ее способность ук-

ладываться тонким слоем на пористое основание и заполнять все его не-

ровности.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Технологические свойства древесины характеризуются легкостью

обработки: ее можно пилить, строгать, сверлить, забивать гвозди, склеи-

вать и т.д. Благодаря высокой технологичности полимерных материалов

формообразование пластмасс осуществляется разнообразными способами:

экструзией, литьем под давлением, каландрированием и вальцеванием,

прессованием. Широкую номенклатуру металлических изделий получают

различными способами: прокаткой, волочением, прессованием и т.д., что

объясняется высокими пластическими свойствами и пластичностью мате-

риалов.

1.2. Основные потребительские свойства

Строительные материалы и изделия обладают самыми раз-

нообразными потребительными свойствами, основными из которых явля-

ются:

• прочность;

• водостойкость;

• стойкость к действию агрессивных сред;

• теплозащитные свойства;

• безвредность;

• долговечност;

• эстетические свойства и др.

Каждый строительный материал в зависимости от назначения и усло-

вий эксплуатации обладает комплексом тех или иных свойств. Например,

материалы для сооружения стен должны обладать высокой прочностью,

долговечностью, водостойкостью, теплозащитными свойствами. Ма-

териалы для полов и отделочные должны быть безвредными и обладать

высокими показателями эстетических свойств. Материалы для полов, кро-

ме того, должны иметь высокую прочность при износе.

Прочность – одно из основных свойств многих строительных мате-

риалов, предназначенных прежде всего для сооружения стен и фундамен-

тов зданий. Показателем, характеризующим прочность материала, являет-

ся разрушающее напряжение (или предел прочности). Большинство строи-

тельных материалов подвергаются сжатию, изгибу и растяжению. Кирпич,

цементные растворы имеют высокую сопротивляемость сжатию и более

низкую (в 5-50 раз) – растяжению и изгибу, поэтому их используют глав-

ным образом в конструкциях, испытывающих сжатие (стены, фундамент и

т.п.).

Разрушающее напряжение для цемента, а также некоторых других

минеральных вяжущих веществ и изделий на их основе, кирпича силикат-

ного и глиняного носит условное название – «марка». Марки указанных

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

материалов могут колебаться в значительных пределах. Например, кирпич

глиняный обыкновенный может быть марок от 75 до 300, портландцемент

– от 300 до 800 и т.д. Марки данных строительных товаров являются важ-

нейшими показателями их качества и нормируются ГОСТами.

Водостойкость – устойчивость строительных материалов к систе-

матическому воздействию воды. Большинство строительных материалов,

будучи насыщенными водой, становятся менее прочными, чем в сухом со-

стоянии, а некоторые из них размокают и полностью теряют прочность из-

за нарушения связей между частицами материала из-за проникающих мо-

лекул воды. В связи с этим водостойкость строительных материалов ха-

рактеризуют как отношение величины разрушающего напряжения при

сжатии насыщенного водой образца к величине разрушающего напря-

жения при сжатии такого же образца в воздушно-сухом состоянии. Это от-

ношение называется коэффициентом размягчения, который зависит от со-

става материала. Глина и бумага имеют коэффициент размягчения, рав-

ный 0, металл и стекло – 1. Материалы, эксплуатируемые в условиях по-

вышенной влажности, должны иметь коэффициент размягчения не менее

0,8; такие материалы считаются водостойкими. К этой группе относятся

цементы и изделия на их основе, изделия из стекла, металлов, пластиче-

ских масс, большинство изделий из керамики и некоторые другие. Мате-

риалы с коэффициентом размягчения менее 0,8 не разрешается применять

в местах, подверженных периодическому увлажнению.

Теплозащитные свойства является одной из главных характеристик

строительных материалов, предназначенных для сооружения стен и пере-

крытий, а также теплоизоляции. Показателем данной характеристики ма-

териалов служит коэффициент теплопроводности (λ), показывающий ко-

личество тепла, проходящее в течение 1 ч. через материал толщиной 1 м и

площадью 1 м

при разности температур между поверхностями в 1°.

Определение коэффициента теплопроводности, особенно в условиях

торговли, вызывает определенные трудности, поэтому о теплозащитных

свойствах строительных товаров в торговой практике судят по косвенным

показателям. Известно, что чем выше пористость однородного материала,

тем ниже его теплопроводность. Это учитывают при оценке качества гли-

няного и силикатного кирпича, где по водопоглощению судят не только о

теплозащитных свойствах, но и о прочности материала.

Долговечность для многих материалов в зависимости от их вида и

условий эксплуатации косвенно может характеризоваться:

• морозостойкостью;

• стойкостью к агрессивным средам;

• биостойкостью;

• прочностью при износе.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Примером долговечности может служить облицовочный камень (см.

табл. 4).

Таблица 4 – Классификация облицовочного камня по долговечности

Группа камня

по долговечности

Разновидности камней

Первые признаки

разрушения, лет

Весьма долговечные Кварцит, мелкозерни-

стый гранит 650

Долговечные Крупнозернистый гра-

нит, сиенит, габбро, лаб-

радорит 220-350

Относительно

долговечные

Белый мрамор, плотный

известняк и доломит 75-150

Недолговечные Цветной мрамор, гипсо-

вый камень, пористый

известняк 20-75

Морозостойкость – способность материала в насыщенном водой со-

стоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и от-

таивание без признаков разрушения и заметного снижения прочности.

Большинство материалов, находящихся в условиях постоянного, частично-

го или полного насыщения водой и замораживания ее (фундаменты и сте-

ны зданий в холодный период года), постепенно теряют свою прочность и

со временем могут разрушаться, что связано с увеличением в объёме воды,

содержащейся в порах материала, при замораживании на 9%. В результате

этого стенки пор начинают испытывать значительные напряжения (до 2000

кгс/см

) и могут разрушиться.

Морозостойкость наряду с прочностью и другими свойствами может

служить косвенной характеристикой долговечности таких строительных

материалов, как цемент, кирпич, шифер и др.

Стойкость к действию агрессивных сред, содержащихся в воде,

- ещё один важный признак для материалов, контактирующих с кисло-

тами, щелочами, растворенной угольной кислотой и прочими реаген-

тами, часто присутствующими в грунтовых и сточных водах. К таким

строительным материалам относятся цемент, кирпич, керамические и не-

которые другие материалы, применяемые для сооружения фундамен-

тов зданий и подвальных помещений. Стойкость материалов к действию

различных агрессивных сред зависит прежде всего от их химического со-

става. Такие материалы, как цемент (особенно специальные виды) и гли-

няный кирпич, обладают высокой прочностью к действию агрессивных

сред, содержащихся в воде, и широко применяются при сооружении фун-

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com