Классификация и основные характеристики

Общие сведения

Под свойствами строительных материалов понимают их способность реагировать на отдельные или совокупные внешние и внутренние воздействия — механические, химические, биологические и др. Различают простые и сложные свойства. Простые свойства нельзя разделить на другие. Например, масса материала не может быть представлена другими более простыми свойствами. Сложное свойство может быть разделено на два и более простых свойств. Например, долговечность или надежность материала характеризуются многими факторами в условиях эксплуатации (действие влаги, температуры, ветра, солнечной радиации, нагрузки и др.). Качество материалов оценивается, как правило, комплексом сложных свойств, которые должны удовлетворять определенным требованиям в соответствии с областью их применения.

С определенной долей условности основными свойствами считают:

• физические;

• эстетические;

• химические;

• технологические;

• механические;

• эксплуатационные;

• комплексные.

Качественные (технические) показатели этих свойств получают при лабораторных и других испытаниях, численные значения которых в соответствующих единицах измерения характеризуют качество материалов и определяют область их применения. Методика таких испытаний регламентирована нормативно-правовыми актами как нашей страны, так и международными (СТБ, ГОСТ, ТУ, ИСО и др.).

Физические свойства

К физическим свойствам материалов относится обширный перечень характеристик, совокупность которых позволяет отличать их друг от друга по составу, структуре, плотности, теплофизическим, акустическим, эстетическим и другим параметрам.

Свойства, характеризующие состав и структуру материала. Строительные материалы характеризуются химическим, минеральным и фазовым составами.

Химический состав указывает на процентное содержание в материале химических элементов или оксидов и позволяет судить об их механической прочности, огнестойкости и других свойствах. В зависимости от химического состава все материа­лы делятся на органические (древесина, битум, пластмассы), ми­неральные (бетон, цемент, кирпич, природный камень и др.) и металлы (сталь, чугун, алюминий). Каждая группа имеет свои специфические особенности: все органические материалы го­рючи, минеральные — огнестойки, металлы хорошо проводят электрический ток и теплоту и т.д.

Минеральный состав показывает, какие минералы и в каком количестве содержатся в каменном материале, вяжущем веще­стве и других композиционных составах. Зная минеральный состав, можно предопределить как физические, химические свойства, так и более специфические характеристики (пластичность, огнеупорность, вязкость, способность к кристаллизации, скорость твердения, коррозионную стойкость). Например, по содержанию алита (3CaOSiО₂) в портландцементном клинкере (45...60%) можно судить о скорости твердения и прочности цементного камня.

Фазовый состав указывает на содержание в материале фаз, т.е. частей, однородных по химическому составу и физическим свойствам и отделенных друг от друга поверхностями раздела. Следовательно, если структуру составляют несколько фаз, то между ними заметна линия или граница раздела. Например, ос­новными фазами раздела цементного клинкера являются алит, белит, целит и др. В пористом материале выделяют твердые ве­щества, образующие стенки пор и сами поры, заполненные воздухом или водой. Если вода замерзнет в порах, то изменят­ся и свойства материала. Следовательно, фазовый состав мате­риала и фазовые переходы воды в нем оказывают влияние на свойства и поведение материала при эксплуатации.

Материалы, представленные одной фазой, называются го­могенными, а двумя и более — гетерогенными.

Под структурой (от лат. struktura — строение) материала по­нимают его внутреннее строение, обусловленное формой, раз-

мерами, взаимным расположением составляющих его частиц, пор, капилляров, микротрещин. Структуру, видимую невоору­женным глазом или при небольшом увеличении, называют макроструктурой (от греч. macros — большой), а под микроско­пом — микроструктурой (от греч. micros — малый).

Структура материала может быть однородной и неоднород­ной, зернистой (рыхлозернистой, конгломератной), ячеистой (мелко-, средне- и крупнопористой), волокнистой, слоистой и др. Материалы, состоящие из отдельных, не связанных между собой зерен, образуют рыхлозернистую структуру — это песок, гравий, порошкообразные материалы, различные засыпки для тепло- и звукоизоляции. Конгломератная структура — это когда отдельные зерна надежно соединены между собой (бетоны, не­которые природные и керамические материалы). Ячеистая структура характерна для материалов, имеющих макро- и ми­кропоры (пено- и газобетоны, газосиликаты, ячеистые пластмассы). Волокнистую структуру имеют материалы, у которых волокна расположены параллельно одно другому. При этом они обладают различными свойствами вдоль и поперек воло­кон, так называемые анизотропные материалы. Слоистую структуру имеют листовые, рулонные и плитные материалы (текстолит, бумажнослоистый пластик и др.).

Материалы в зависимости от характера структуры различа­ют изотропные и анизотропные. К изотропным относят мате­риалы, обладающие одинаковыми свойствами во всех направ­лениях (стекло, металл). К анизотропным относят материалы, обладающие разными свойствами в разных направлениях (дре­весина, изделия из минеральной ваты).

Большинство строительных материалов имеют, как прави­ло, пористое строение. Такие материалы могут быть как изо­тропными, так и анизотропными. Анизотропность пористых строительных материалов определяется, прежде всего, направленностью пор. Если поры имеют направленное расположе­ние, то материал анизотропен (например, древесина).

Если поры имеют хаотическое расположение, то материал изотропен (например, ячеистые бетоны и пластмассы, газо- и пеностекло).

В зависимости от порядка расположения атомов и молекул, материалы могут быть кристаллическими, аморфными и аморф­но-кристаллическими.

Кристаллическими называют материалы, в которых атомы и молекулы расположены в правильном геометрическом порядке (металл, гранит, мрамор и др.)- Аморфными {стеклообразны­ми) называют те, в которых атомы и молекулы расположены беспорядочно (хаотически) — стекло, большинство полимеров. Материалы, содержащие в своем составе кристаллические и аморфные фазы, называют аморфно-кристаллическими (ситаллы, фарфор).

При определенных условиях (температура, давление) аморф­ные материалы могут перейти в кристаллические. Примером может служить система «стекло — ситалл».

Различие между аморфными и кристаллическими материа­лами еще в том, что кристаллические материалы при нагрева­нии имеют определенную температуру плавления, а аморфные при нагревании размягчаются и постепенно переходят в жид­кое состояние. Кроме того, прочность аморфных материалов, как правило, ниже кристаллических. Поэтому иногда для полу­чения более высокой прочности аморфного материала спе­циально проводят его кристаллизацию. Тот же пример с ситал-лами и шлакоситаллами.

Плотность — величина, определяемая отношением массы материала (вещества) т (р) к занимаемому им объему V,

где т — масса, кг (г); V— объем, м³ (см³). Размерность плотности — кг/м³ или г/см³. Плотность бывает

• истинной (плотность вещества);» средней (плотность материала);

• насыпной - для зернистых (сыпучих) материалов, причем в рыхлонасыпном и в уплотненном состоянии;

• плотностью зерен сыпучих материалов (например, заполнителя в бетонах и растворах).

Истинная (абсолютная) плотность (ρ_и, г/см³) — это масса единицы объема абсолютно плотного материала. При измерении объема (К,) такого материала в него не входят поры, пустоты и другие полости, присущие материалу в естественном состоянии:

Таким образом, истинная плотность — характеристика не материала, а вещества, из которого состоит материал.

Для определения истинной плотности материал предварительно измельчают в тонкий порошок до тонкости 0,25 мм, чтобы при определении объема исключить пористость. Масса порошка определяется взвешиванием, а объем — в пикнометре (по объему вытесненной жидкости).

Истинная плотность материала — характеристика постоянная, которая не может быть изменена без изменения его химического состава или молекулярной структуры. Для большинства из них значение истинной плотности > 1 г/см³. Например: для природных и искусственных каменных материалов — 2,2...3,3 г/см³; для органических (дерево, битум, пластмассы) — 0,8... 1,6 г/см³; черных металлов - 7,25...7,85 г/см³.

Для строительных материалов истинная плотность имеет вспомогательное значение. Ее используют при вычислении показателей плотности и пористости материалов и в расчетах состава бетона.

Средняя плотность (ρ_с, кг/м³) — масса единицы объема ма­териала в естественном состоянии, т.е. объем (V_е) измеряется вместе с порами:

При определении средней плотности объем материала устанавливают по внешним размерам образца или по объему вытесненной им жидкости, если испытываемый образец имеет неправильную форму.

Значения средней плотности материалов находятся в широких пределах - от 10 кг/м³ (для отдельных видов пенопластов, мипоры и др.) до 7850 кг/м³ (для стали) и более. Численное значение средней плотности для одного и того же вида материала тоже может быть различным в зависимости от количества пор и пустот в нем. Например, кирпич пустотелый имеет среднюю плотность 1450 кг/м³, а полнотелый — 1700... 1900 кг/м³.

У подавляющего большинства строительных материалов величина средней плотности всегда меньше истинной. Например, у кирпича соответственно 1800 и 2600 кг/м³, т. е. в 1,5 раза меньше, древесины (сосны) — 450 и 1540 кг/м³, т. е. в 3 раза меньше, гранита — 2500...2700 кг/м³ и 2700...3000 кг/м³, т. е. почти одинаковая.

Чем больше пористость, тем больше разница между ними. Если у кирпича пористость составляет порядка 30%, то у газобетона 80%, при истинной плотности 2600 и средней - 500 кг/м³.

Численные значения средней и истинной плотности материалов совпадают, когда материал не имеет пор, т. е. для абсолютно плотных материалов (например, металл, стекло и др.).

Средняя плотность является необходимой характеристикой при расчете прочности сооружений с учетом собственной массы, для определения стоимости и способа перевозок материалов, для расчета складов и подъемно-транспортного оборудования, при переводе количества материала из массовых единиц в объемные, при расчете пористости, при подборе состава бетона, дозировке материалов в бетон и т. д.

Для сыпучих или зернистых материалов характеристикой плотности являются насыпная плотность и плотность зерен.

Насыпная плотность (р_н) — это отношение массы зернистых и порошкообразных материалов ко всему занимаемому ими объему, включая поры в зернах и пустоты между зернами, так называемую межзерновую пустотностъ. Определяется в стандартных мерных сосудах. Объем (вместимость) их зависит от вида и величины зерен сыпучего материала.

Насыпная плотность может быть определена в рыхлом и уплотненном состояниях. В уплотненном состоянии насыпная плотность материала всегда больше.

Плотность зерен заполнителя — это отношение массы сухого заполнителя к суммарному объему его зерен, т. е. без учета межзерновой пустотности, но с учетом пор, содержащихся в зернах заполнителя. Например, для гранитного щебня истинная плотность составляет 2700, насыпная — 1450 и плотность зерен — 2600 кг/м³.

Плотность зерен заполнителя определяется посредством гидростатического взвешивания.

Отношение средней плотности материала к истинной является показателем плотности. Выражается в долях единицы или в процентах. Чем меньше разность между численными значениями средней и истинной плотности, тем выше значение показателя плотности. Например:

• для кирпича

= 0,7 или 70%; 2600

• для гранита 2600

= 0,97 или 97%.

Для абсолютно плотных материалов показатель плотности равен 1,0 или 100%. Следовательно, показатель плотности характеризует собой степень заполнения объема материала твердим веществом.

Пористость, или показатель пористости (П), — величина, обратная показателю плотности. Следовательно, это свойство, характеризующее заполнение объема материала внутренними порами. Если принять общий объем материала за единицу или за 100%, то разность между единицей и показателем плотности будет показатель пористости (пористость):

Поры — это мелкие ячейки в материале, заполненные воздухом. Во влажном состоянии они могут быть заполнены водой.

Пористость строительных материалов изменяется в очень широких пределах, практически от 0 до 95% и более. Например, для стекла и металла пористость составляет практически 0%, пенопластов — 92...98, кирпича полнотелого — 30...35, пенобетона — 60...80, древесины — 50...75%.

Большое влияние на свойства материала оказывает не только величина пористости, но размер и характер пор. Поры в материалах могут быть крупные и мелкие, открытые и закрытые, в виде ячеек и капилляров и др. С теплозащитной точки зрения лучше мелкие, замкнутые поры и равномерно распределенные по всему объему материала.

Пористость и плотность являются важными характеристиками строительных материалов. С ними связаны такие свойства строительных материалов, как прочность, теплопроводность, водопоглощение, влажность, водопроницаемость, морозостойкость, кислотостойкость и др.

Пористость нельзя отождествлять с понятием пустотности.

Пустотность характеризуется наличием воздушных полостей в изделии. Например, в пустотелом кирпиче или между зернами заполнителя, которые составляют для щебня или песка 35...45%, кирпича пустотелого — 15...50%.

Воздухопроницаемость — способность материала (конструкции) пропускать воздух под действием разности давлений по обе стороны поверхности. Является важным свойством для ограждающих конструкций всех типов зданий. Численно воздухопроницаемость равна массовому потоку воздуха, проходящему через единицу площади в единицу времени при разности давления в один Паскаль. Размерность — кг/(м²×ч).

Гидрофизические свойства. Водопоглощение — способность материала впитывать и удерживать в порах (пустотах) влагу при непосредственном контакте с водой. Характеризуется количеством воды, которую поглощает сухой материал при полном погружении и выдерживании в воде заданный промежуток времени, отнесенным к массе сухого материала (водопоглощение по массе W_м) или к объему материала в сухом состоянии (водопоглощение по объему W_о). Водопоглощение по объему и по массе выражают относительным числом или в процентах и вычисляют по формулам 1.5 и 1.6:

где т_с — масса сухого образца, г; т_н — масса образца, насыщенного водой, г; р_в — плотность воды, г/см³; V— объем образца в сухом состоянии, см³.

Водопоглощение по массе показывает степень увеличения массы материала (за счет поглощенной воды), а водопоглощение по объему — степень заполнения материала водой.

Водопоглощение различных материалов может изменяться в широких пределах. Например, водопоглощение по массе керамических плиток для полов должно быть не выше 4%, ситал-лов и шлакоситаллов — 0, керамического кирпича — 8...20, тяжелого бетона — 0,5...0,8%. Водопоглощение по массе очень пористых материалов может превышать 100%.

Водопоглощение по объему иногда называют кажущейся пористостью. Однако пористость материалов по абсолютному значению всегда выше водопоглощения по объему, так как вода в обычных условиях не заполняет все поры. Водой заполняются только открытые (и то не все) поры, а стенки крупных пор только смачиваются водой. Поэтому водопоглощение по объему всегда меньше пористости, а следовательно, и меньше 100%.

Водопоглощение строительных материалов зависит главным образом от объема пор, их вида и размеров. Влияют на величину водопоглощения также природа вещества и степень гидрофильности.

Степень заполнения объема пор водой характеризуется коэффициентом насыщения, т. е. отношением водопоглощения по объему к пористости материала:

Если учесть, что водопоглощение по объему всегда меньше пористости, то коэффициент насыщения всегда меньше 1,0.

Насыщение материалов водой отрицательно влияет на их основные свойства: увеличивается плотность, теплопроводность, линейные размеры и объем, понижаются прочность и морозостойкость. По величине коэффициента насыщения можно косвенно оценить морозостойкость материала. Чем меньше значение коэффициента насыщения, тем выше морозостойкость материала. Материалы считаются морозостойкими при К_нас < 0,8.

Степень снижения прочности материала при предельном его водонасыщении называется водостойкостью и численно характеризуется коэффициентом размягчения:

где R_mc — предел прочности при сжатии материала в насыщенном водой состоянии, МПа; R_cyx — предел прочности сухого материала, МПа.

Для легко размокаемых материалов (глина) К_разм = 0, а для материалов, которые полностью сохраняют свою прочность в насыщенном водой состоянии (стекло, битум, сталь), К_разм = 1.

Материалы с коэффициентом размягчения не менее 0,8 относятся к водостойким, а при К_разм < 0,8 считаются не водостойкими и не могут применяться в местах, подверженных систематическому увлажнению.

Водостойкость материалов можно повысить путем нанесения на их поверхность гидрофобных покрытий.

Влажность — содержание влаги в материале в данный момент и отнесенное к массе материала в сухом состоянии. Влажность материала (W,%) вычисляют по формуле

где т_в - масса влажного образца, г; т_с — масса сухого образца, г.

Теоретически влажность строительных материалов может изменяться от нуля, когда материал находится в абсолютно сухом состоянии, до величины, соответствующей водопоглощению материала по массе. Однако в естественных условиях эксплуатации зданий и сооружений материал в сооружениях находится в воздушно-сухом состоянии, т. е. при установлении равновесия между влажностью материала и окружающего его воздуха. Численное значение влажности всегда будет меньше водопоглощения по массе.

Различают абсолютную и относительную влажность. Абсолютная влажность материала — отношение массы воды, содержащейся в материале, к массе абсолютно сухого материала. Относительная влажность — то же, но к массе материала во влажном состоянии.

Для многих строительных материалов влажность — величина нормированная. Например, влажность молотого мела не должна превышать 2%, стеновых материалов — 5...7, воздушно-сухой древесины —12... 18%.

Морозостойкость — способность насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности. Причиной разрушения является вода, которая, замерзая в порах, увеличивается в объеме примерно до 9%. В результате возникает давление на стенки пор, достигающее иногда несколько десятков мегапаскаль и приводящее к разрушению материала.

Хотя во многих пористых материалах вода и не заполняет более 90% объема пор, т. е. образующийся лед имеет свободное пространство для расширения, тем не менее материал разрушается в результате многократного попеременного замораживания и оттаивания.

По числу выдерживаемых циклов замораживания и оттаивания материалы подразделяют на марки от F10 до F300 (15, 25, 35, 50, 100, 150, 200) и более.

Материалы на морозостойкость испытываются в холодильных камерах путем замораживания насыщенных водой образцов при температуре минус 15... 17 °С и последующего их оттаивания при температуре 20 °С. Такой выбор температуры замораживания вызван тем, что в мелких порах и капиллярах вода замерзает при температурах ниже 0 °С (до минус 10 °С). Материал признается морозостойким, если после заданного числа циклов потеря в массе не превышает 5%, а в прочности — 15%.

Если образцы после замораживания не имеют следов разрушения, характеристикой морозостойкости материала может служить коэффициент морозостойкости К_f:

т. е. отношение предела прочности при сжатии образцов, подверженных замораживанию Rs, к пределу прочности водонасыщенных образцов в эквивалентном возрасте R_mc, не подвергаемых замораживанию. Для морозостойких материалов коэффициент морозостойкости должен быть не менее 0,75.

Морозостойкость материала зависит от плотности, прочности, пористости и степени насыщения водой. Пористые материалы являются морозостойкими, если они имеют закрытые поры или вода занимает не более 90% объема пор. Плотные материалы (гранит, стекло и др.), как правило, морозостойки.

Морозостойкость материалов можно повысить путем увеличения его прочности, уменьшения пористости, создания закрытых пор в материале, а также за счет использования гидро-фобизирующих веществ при изготовлении материала.

Водопроницаемость — способность материала пропускать воду под давлением. Характеристикой водопроницаемости служит количество воды, прошедшее в течение 1 секунды через 1 м² поверхности материала при заданном давлении воды. Для кровельных материалов и ряда других специального назначения водопроницаемость характеризуется периодом времени, по истечении которого появляются признаки просачивания воды под определенным давлением (кровельные), или предельной величиной давления, при котором вода еще не проходит (бетон).

Водопроницаемость зависит от плотности и строения материала. Чем больше в материале пор и чем эти поры крупнее, тем больше водопроницаемость материала.

К водонепроницаемым материалам относятся особо плотные (сталь, стекло, битум и др.). Материалы с замкнутыми мелкими порами тоже практически водонепроницаемы.

Теплофизические свойства. Теплопроводность — это способность материала пропускать тепло через свою толщу (массив) при наличии разности температур на противоположных поверхностях. Количество тепла (Q, Дж), проходящее через слой материала, будет прямо пропорционально площади (А), разности температур
(t₁ – t₂), времени (Z) и обратно пропорционально толщине слоя материала (α), т. е. это количество тепла, которое проходит в течение 1 с через материал толщиной 1 м и площадью 1 м² при разности температур по обе стороны в 1 К:

Размерность теплопроводности - Вт/(м×К).

Теплопроводность зависит от многих факторов и в первую очередь от атомно-молекулярного строения вещества. Ряд веществ по мере возрастания их теплопроводности может иметь следующий вид:

• газы (воздух — 0,023);

• полимеры (полистирол — 0,084, полиэтилен — 0,34);

• жидкости (вода — 0,58, лед — 2,32);

• стекла (силикатное — 1,44);

• кристаллы (кварц - 0,63, корунд - 30, графит - 180);

• металлы (титан — 4,1, железо — 73,2, алюминий — 230, медь — 397).

Теплопроводность аморфных тел, как правило, меньше, чем кристаллических.

Теплопроводность материалов уменьшается с увеличением их пористости. Например, теплопроводность тяжелого бетона — 1,2... 1,5; легкого бетона на пористых заполнителях - 0,3...0,7; пено- и газобетона — 0,2...0,4; пенопласта - 0,04...0,06 Вт/(м-К). Объясняется это тем, что меньшей теплопроводностью обладает воздух. И чем больше таких малотеплопроводных включений, тем теплопроводность материала меньше. Однако при прочих равных условиях наименьшей теплопроводностью будет обладать материал, поры у которого мелкие, равномерно распределенные по всему объему и замкнутые.

На теплопроводность материала значительное влияние оказывает влажность. С увеличением влажности материала теплопроводность увеличивается. Лучше всего это проследить на примере системы воздух - вода - лед. Во втором случае теплопроводность увеличивается в 25 раз, а в третьем - в 100 раз.

Знать теплопроводность необходимо при теплотехнических расчетах стен, перекрытий, тепловой изоляции трубопроводов. Чем меньше теплопроводность материала, тем меньше толщина ограждения, а, следовательно, меньше затрачивается материала на единицу его площади.

Термическое сопротивление [R,(м² • К)/Вт] характеризуется способностью материалов или конструкции (например, наружной стеновой панели) препятствовать распространению теплового потока или теплового движения молекул и равно отношению толщины слоя ограждения (а) к теплопроводности материала (А,):

Термическое сопротивление — величина нормируемая. Следует признать, что, несмотря на значительное увеличение расчетных сопротивлений теплопередаче за последние несколько лет, мы еще не сравнялись с аналогичными нормативами ряда Европейских стран. В настоящее время в Республике Беларусь термическое сопротивление для наружных стен (разных конструкций) принято 2,5...3,0 (м²-К)/Вт, а в ряде зарубежных стран: Германия - 2,45; Россия - 3,15; Финляндия - 3,87; Польша - 4,03; Литва - 4,2; Дания - 4,3; Эстония - 5,25 (м²-К)/Вт.

Теплоемкость — свойство материала поглощать и аккумулировать тепло при нагревании. Теплоемкость, отнесенную к единице массы, называют удельной теплоемкостью С (или коэффициентом теплоемкости) и измеряют в Дж/(кг×К), т.е. это коли­чество тепла, необходимое для нагревания 1 кг материала на 1 К:

где Q — количество тепла, Дж; т — масса материала, кг; (г, — г₂) -разность температур при нагревании, К.

Материалы, обладающие высокой теплоемкостью, способны выделять больше тепла при последующем их охлаждении. Теплоемкость отдельных видов строительных материалов составляет: сталь — 0,48; гранит — 0,65; стекло — 0,74; бетон — 0,84; пенополистирол — 1,34; древесина — 2,5 кДж/(кг×К). Таким образом, органические материалы имеют большие значения удельной теплоемкости, чем неорганические. Наибольшей же теплоемкостью обладает вода — 4,2 кДж/(кг×К). Поэтому с по-вышениемп влажности материалов их теплоемкость возрастает, но при этом возрастает и теплопроводность.

Деревянные конструкции способны в три раза больше аккумулировать тепла, чем каменные, и поэтому могут постепенно отдавать это тепло, например внутрь помещений. Это очень важное свойство материалов учитывается при расчете теплоустойчивости ограждающих конструкций, затрат на топливо и энергию при обогреве материалов, конструкций и др.

Акустические свойства. Акустические свойства (от греч. akustikos — слуховой) связаны с взаимодействием материала и звука. Звук (звуковые волны) — это механические колебания, распространяющиеся в твердых, жидких и газообразных средах. Акустические свойства характеризуют способность материала (ограждения) проводить, отражать или поглощать падающий на него звук (шум). Падающая на поверхность ограждения звуковая волна частично отражается от нее, частично поглощается материалом поверхности, переходя в тепловую энергию, а частично проникает сквозь поверхность наружу или в соседнее помещение (рис. 1.1).

Следовательно, звукопроводность — способность материала проводить звук сквозь свою толщу, а звукопоглощение — способность материала поглощать и отражать падающий на него звук.

Звукопроводность материала зависит от его массы и строения. Чем больше масса материала, тем больше звуковой энергии затрачивается, чтобы пройти через него и тем меньше он проводит звук. Пористые и волокнистые материалы плохо проводят звук, потому что звуковая энергия поглощается и рассеивается развитой поверхностью материала и переходит в тепловую энергию.

Звукопоглощение зависит от характера поверхности материала и его пористости. Гладкие поверхности отражают большую часть падающего на них звука (эффект зеркала). Поэтому в помещениях с гладкими стенами из-за многократного отражения от них звука создается постоянный шум, так называемое эхо. Если же поверхность материала имеет открытую пористость (мягкая мебель, ковры, специальные штукатурки и облицовки с мелкими открытыми порами, пеностекло, пено- и газобетоны, древесноволокнистые и гипсовые плиты с отверстиями и др.), то звуковые колебания, входя в поры, не отражаются, а поглощаются материалом.

Эстетические свойства

К эстетическим свойствам строительных материалов относятся форма, цвет, фактура, рисунок и текстура.

Форма материала или изделия воспринимается визуально через лицевую поверхность и непосредственно влияет на своеобразие фасада или интерьера здания. Она может быть квадратной, прямоугольной и др.

Цвет — свойство света вызывать определенное зрительное ощущение в результате воздействия на сетчатку глаза человека электромагнитных колебаний, отраженных от лицевой поверхности, и является субъективным восприятием. Человек по-разному воспринимает один и тот же цвет при разном освещении. Характеристиками цвета являются:

Все цвета строительных материалов и изделий можно разделить на две группы: хроматические и ахроматические. Хроматические делятся на теплые (красный, оранжевый, желтый) и холодные (зеленый, синий, голубой, фиолетовый со всеми оттенками). Ахроматические цвета — белый, черный и серый со всеми оттенками. Глаз человека способен различать десятки тысяч хроматических цветов и оттенков и до трехсот ахроматических цветов. По яркости различают тона интенсивный и неинтенсивный.

Фактура (от лат. factum — обработка, строение) — это характер поверхности материала, в том числе художественного произведения, или своеобразное строение материала, видимое на его поверхности. Характеризуется рельефом и блеском. Фактура ощущается зрительно и осязательно, например, кожа человека передается в скульптуре (фреске) более гладкой, чем волосы. Восприятие фактуры зависит от особенностей натуры, от освещения и во многом индивидуально отличается от текстуры той же поверхности.

По степени рельефа материалы могут быть гладкие, шероховатые (высота рельефа до 5 мм) и рельефные (высота рельефа более 5 мм). По степени блеска различают материалы с блестящей и матовой фактурой. В современной отделке зданий предпочтение отдается, как правило, матовым фактурам, так как блестящие могут искажать восприятие интерьера.

При выборе фактуры учитывается комплекс факторов, в том числе и цвет материала. Фактура более восприимчива на светлой поверхности. Искусство передачи ее в живописи связано с передачей материала, из которого сделан предмет. Для достижения более сложной фактуры произведения используют коллаж, оттиски тканей, листьев деревьев, трав и др. Фактуру поверхности материала можно определить инструментальным или визуальным методами.

Рисунок — материальное изображение на лицевой поверхности изделий каких-либо предметов, явлений, совокупности графических элементов, а также особое строение твердых веществ, обусловленное характером расположения его составных частей. В живописи рисунок — это вид графики и основа всех видов изобразительного искусства. Он может быть также подготовительным этапом при создании фресок, мозаик, витражей.

Рисунок, созданный самой природой, называют текстурой (например, у древесины, природного камня и др.).

Рисунок, текстура, как и другие эстетические характеристики материалов, влияют на своеобразие наружной и внутренней отделки зданий и сооружений.

Химические свойства

Химические свойства материалов характеризуются их способностью к химическим превращениям под влиянием веществ (воздействий), с которыми они находятся в соприкосновении, а также способностью сохранять постоянными состав и структуру в условиях инертной окружающей среды. Некоторые материалы склонны к самопроизвольным внутренним химическим изменениям в обычной среде. Ряд материалов проявляет активность при взаимодействии с кислотами, водой, щелочами, растворами солей, агрессивными газами и т. д. Химические превращения протекают также во время технологических процессов производства и применения материалов.

Дисперсность (от лат. dispersus — рассеянный, рассыпанный) — рассеянность, раздробленность вещества, которая характеризует размер твердых частиц и капель жидкости. Понятие дисперсности простирается на широкую область размеров: от больших, чем простые молекулы, до видимых невооруженным глазом, т. е. от 10^-7 до 10^-2 см.

По мере роста дисперсности (измельчения твердого тела) увеличивается его суммарная или удельная поверхность при неизменном суммарном объеме и массе. При этом количественные изменения приводят к возникновению нового качества, поскольку дисперсные частицы обладают более интенсивной окраской, большей прочностью и твердостью, чем крупные частицы того же вещества.

С физико-химической точки зрения важнейшим следствием увеличения дисперсности является возрастание удельной реакционной способности твердых тел, называемой часто химической активностью. Подтверждением этому служит известный факт, согласно которому многие вещества, практически не растворимые, заметно растворяются в дисперсном состоянии.

Многие строительные материалы (глины, гипсовые вяжущие, цемент, пигменты) находятся в тонкоизмельченном (дисперсном) состоянии и обладают большой суммарной поверхностью частиц. Величина, характеризующая степень раздробленности материала и развитости его поверхности, называется удельной поверхностью. При этом физико-химические свойства поверхностного слоя дисперсных частиц сильно отличаются от свойств этого же вещества в массе. Причина в том, что ато­мы (молекулы) вещества, находящиеся внутри материала, ура­вновешены действием окружающих атомов (молекул), в то вре­мя как атомы (молекулы) на поверхности вещества находятся в неуравновешенном состоянии и обладают особым запасом энергии. С увеличением же удельной поверхности вещества возрастает его химическая активность. Например, цемент с удельной поверхностью 3000...3500 см²/г через
1 сут твердения связывает 10...13% воды, а с удельной поверхностью 4500...5000 см²/г - около 18%.

Растворимость — способность вещества в смеси с одним или несколькими другими веществами образовывать однород­ные системы (растворы), в которых вещество находится в виде отдельных атомов, ионов, молекул или частиц. Характеризует­ся концентрацией растворенного вещества в его насыщенном растворе и выражается в процентах, весовых или объемных единицах. Обычно растворимыми считают вещества, раствори­мость которых при комнатной температуре превышает 1 г на 100 г воды. Растворимость зависит от химического состава ве­щества, температуры и давления.

Химическая активность материалов (веществ) характеризу­ется их способностью участвовать в химических реакциях с об­разованием новых соединений. Характеристикой химической активности может быть как разнообразие возможных реакций, так и их скорость.

Химическая активность строительных материалов зависит от состава, строения (активности составляющих их молекул) и тонкости измельчения. Химические процессы протекают чаще всего при непосредственном контакте веществ друг с другом (с поверхности) или при растворении, которое тоже происхо­дит с поверхности. Следовательно, чем больше поверхность ве­щества, тем оно активнее в химическом отношении.

Проявление химической активности сопровождается обра­зованием новых веществ, упрочнением материалов (твердение цементного камня, силикатных материалов) или их разрушени­ем (коррозия металлов, бетонов).

Гидрофилъность (от греч. hudor — вода, phileo — люблю) — свойство материалов интенсивно взаимодействовать с водой, т.е. способность их смачиваться водой. Гидрофильностью обладают вещества с ионными кристаллическими решетками (карбонаты, силикаты, сульфаты, глины), а также силикатные стекла.

Гидрофобность (от греч. hudor — вода, phobos — боязнь, страх) — свойство материалов слабо взаимодействовать с водой (не смачиваться). Гидрофобностью обладают металлы, лишен­ные окисных пленок, органические соединения с преобладани­ем углеводородных групп в молекуле (например, парафины, жиры, воски, некоторые пластмассы), графит, сера и вещества со слабым межмолекулярным взаимодействием.

Гидрофильность и гидрофобность можно оценить по расте­канию капли воды на гладкой поверхности тела. На гидро­фильной поверхности капля растекается полностью, а на гид­рофобной — частично, причем величина угла между поверхно­стями капли и смачиваемого тела зависит от того, насколько данное тело гидрофобно.

Технологические свойства

Технологические свойства характеризуют способность мате­риалов подвергаться тому или иному виду обработки с целью изменения формы, размеров, характера поверхности, плотно­сти. При этом многие строительные материалы в процессе их изготовления и применения проходят стадию пластично-вязко­го состояния (цементное и гипсовое тесто, свежеприготовлен­ные растворные и бетонные смеси, лакокрасочные материалы, мастики, пластмассы в процессе формования). По своим физи­ческим свойствам пластично-вязкие тела занимают промежу­точное положение между жидкими и твердыми телами. Напри­мер, тесто можно легко разрезать ножом (что нельзя сделать с жидкостью), но вместе с тем тесто может принимать и форму сосуда, в который оно помещено, т.е. ведет себя, как жидкость. Пластично-вязкие смеси характеризуются следующими реоло­гическими показателями (реология от греч. rheos - течение).

Вязкость — внутреннее трение жидкости, препятствующее перемещению одного ее слоя относительно другого; характе­ризуется коэффициентом динамической вязкости и измеряется в паскаль-секундах (Па×с). Численное значение этого коэффи­циента зависит от вещественного состава и температуры.

Вязкость является одной из основных характеристик орга­нических вяжущих веществ, клеев, масел, лакокрасочных мате­риалов. Например, чем меньше вязкость лакокрасочного соста­ва, тем легче наносить его пульверизатором, но в то же время, чем выше вязкость, тем больше можно его развести.

Структурная прочность — это прочность внутренних связей между частицами материала. Ее оценивают предельным напряжением сдвига, соответствующим напряжению в материале, при котором он начинает течь подобно жидкости. Это происходит тогда, когда в материале нарушаются внутренние связи между его частицами — разрушается его структура. Свойство терять структурную вязкость и временно превращаться в вязкую жидкость называется тиксотропией. Характерно для бетонных и растворных смесей, мастик и лакокрасочных составов. Явление тиксотропии используется при виброуплотнении бетонных смесей и при нанесении мастичных и окрасочных составов шпателем или кистью.

Адгезия (от лат. adhaesio — прилипание) — свойство одного материала прилипать к поверхности другого. Адгезия двух различных материалов зависит от природы материала, формы и состояния поверхности, условий контакта и т. д. Она появляется и развивается в результате сложных поверхностных явлений, возникающих на границе раздела фаз, и характеризуется прочностью сцепления при отрыве одного материала от другого. Адгезия имеет большое значение при получении композиционных материалов и изделий (бетонов разных видов, клееных изделий и конструкций, отделочных материалов).

Время и степень высыхания материала являются характеристиками лакокрасочных составов. За время высыхания принимают время, за которое определенной толщины слой материала, нанесенный на пластинку, достигает необходимой степени высыхания при заданных условиях сушки.

Степень высыхания характеризует состояние поверхности материала при определенной продолжительности и температуре сушки в стандартных условиях испытания. При этом различают:

• высыхание от пыли — момент, когда на окрашиваемой поверхности образуется тончайшая поверхностная пленка;

• практическое высыхание - пленка утрачивает липкость и изделие с лакокрасочным покрытием может подвергаться дальнейшим операциям;

• полное высыхание — окончание формирования пленки на окрашиваемой поверхности.

Технологические свойства, такие как подвижность, растекаемость, водоудерживающая способность и расслаиваемость, являющиеся качественными характеристиками бетонных и растворных смесей, будут рассмотрены в гл. 8.

Механические свойства

Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться силовым, тепловым и другим внутренним напряжениям без признаков разрушения структуры.

Прочность — свойство материала сопротивляться разрушению и деформациям под действием напряжений, возникающих от внешних нагрузок или других факторов (неравномерная усадка, нагревание и т. п.). Мерой прочности материала является предел прочности — напряжение, соответствующее наибольшей (разрушающей) нагрузке в момент разрушения материала.

Предел прочности определяют нагружением до разрушения испытываемых образцов материала с помощью гидравлических прессов или разрывных машин. Испытание проводят на образцах (кубах, цилиндрах, призмах, балочках), форма и размеры которых установлены стандартами на соответствующий материал.

Строительные материалы в конструкциях подвергаются сжатию, растяжению, кручению, срезу, изгибу. Одни материалы хорошо сопротивляются сжатию и значительно хуже — растяжению и изгибу (например, природные каменные материалы, бетон и др.). Поэтому такие материалы используются в конструкциях, работающих преимущественно на сжатие. Металлы и дерево имеют высокую прочность, как при растяжении, так и при сжатии и изгибе. Поэтому их применяют в конструкциях, работающих на изгиб, сжатие и растяжение.

Предел прочности при сжатии или растяжение (R_сж (_раст), МПа) вычисляют делением максимальной нагрузки при разрушении образца F на площадь первоначального поперечного сечения А:

 

Предел прочности при изгибе (R_mr, МПа) определяют на образцах призм, расположенных на двух опорах. Сила F прикладывается, как правило, в середине образца:

где l — расстояние между опорами, см; b — ширина образца, см; п — высота, см.

Предел прочности при сжатии строительных материалов колеблется в довольно широких пределах от 0,5 МПа (некоторые виды теплоизоляционных материалов) до 1000 МПа и выше (высокосортные стали).

По прочности строительные материалы обычно подразделяют на марки, классы или сорта. Численные значения их, как правило, соответствуют по величине пределу прочности, полученному при испытании образцов стандартных форм и размеров.

Материалы, находящиеся под нагрузкой, деформируются, т. е. изменяют свои размеры и форму (рис. 1.2). Длина деформируемого материала (изделия) изменяется (увеличивается или уменьшается) на величину, называемую абсолютной деформацией. Однако удобнее характеризовать деформационные свойства не абсолютной, а относительной деформацией, равной отношению абсолютной деформации к первоначальному (до деформирования) размеру изделия.

Строительные материалы по-разному реагируют на снятие нагрузки, проявляя свойства упругости или пластичности, т. е. различают упругие и пластические деформации. Если после снятия нагрузки образец восстанавливает свои первоначальные размеры и форму, то деформацию называют упругой. Если же он частично или полностью сохраняет измененные размеры или форму, то такую деформацию называют пластической. Упругость — свойство материала деформироваться и восстанавливать свою первоначальную форму и размеры после снятия нагрузки, а пластичность — свойство материала изменять свою форму под нагрузкой без появления трещин и сохранять ее после снятия нагрузки.

Твердость — способность материала сопротивляться прониканию в него другого более твердого материала, или способность поверхностных слоев сопротивляться местным деформациям. Существует ряд методов определения твердости в зависимости от вида и назначения материала.

Твердость природных каменных материалов оценивают по шкале твердости Mooca (Mohs), которая состоит из 10 минералов: первый — тальк (самый мягкий) и десятый — алмаз (самый твердый). Показатель твердости испытываемого материала находится между показателем твердости двух соседних минералов, из которых один царапает поверхность опытного образца, а другой оставляет черту. Однако твердость большинства материалов (металлов, пластмасс, древесины, бетона) определяют вдавливанием в образцы с установленным усилием стального шарика либо твердого наконечника правильной геометрической формы (конуса или пирамиды) в течение определенного времени.

Между твердостью различных материалов и их прочностью не всегда имеется прямая зависимость, т. е. твердость нельзя отождествлять с понятием прочности. Например, древесина по прочности равна прочности бетона, но твердость ее значительно меньше. В то же время самое твердое вещество в мире — алмаз обладает относительно малой прочностью. Нефрит имеет «скромную» твердость - 6, а по прочности - это один из самых прочных в мире камней (1000... 1200 МПа).

Для некоторых материалов существует определенная связь между твердостью и прочностью (например, металлов).

Истираемость — способность материала сопротивляться истирающим воздействиям, которые вызывают постепенный отрыв и удаление с поверхности материала мелких частиц. Сопротивление материала истиранию определяют на специальных кругах истирания путем воздействия на образец абразивами (кварцевым песком или наждаком). Оценивается истираемость (И) по величине потери массы образца, отнесенной к площади истирания, и выражается в г/см²:

где т₁ и т₂ — масса образца до и после истирания, г; А — пло­щадь истирания, см².

Степень истираемости зависит от прочности и твердости материала: чем больше твердость материала, тем меньше его истираемость. Например, для гранита показатель истираемо­сти равен 0,03...0,07 г/см², а для известняка и мрамора в 10... 15 раз больше.

Истираемость является важной характеристикой для оценки эксплуатационных свойств материалов напольных и дорожных покрытий, ступеней, лестниц и др.

Хрупкость — свойство материала внезапно разрушаться после незначительной пластической деформации. Хрупкому материалу в отличие от пластичного нельзя придать форму, так как под нагрузкой он быстро разрушается, т. е. дробится на части или рассыпается.

Хрупкими являются природные и искусственные камни, стекло, чугун и некоторые полимерные материалы. Однако провести четкую границу между пластичными и хрупкими материалами практически невозможно, поскольку на характер деформации влияет множество факторов: температура (с понижением температуры большинство строительных материалов (битумы, некоторые пластмассы, металлы) становятся хрупкими); тип напряженного состояния; скорость деформации; окружающая среда и др.

Эксплуатационные свойства

Химическая (коррозионная) стойкость — свойство материала сопротивляться коррозионному воздействию агрессивной среды (жидкой, газообразной, твердой) или физических воздействий (нагревание, облучение, электрический ток). При контакте с агрессивной средой в структуре материала происходят необратимые изменения, что вызывает снижение его прочности и преждевременное разрушение конструкции.

Основными агрессивными агентами, вызывающими коррозию строительных материалов, являются: пресная и соленая вода, минерализованные почвенные воды, растворенные в дождевой воде газы (SО₃, SО₂, CО₂, NО₂) от промышленных предприятий и автомашин, микроорганизмы (биокоррозия). На промышленных предприятиях коррозию строительных материалов часто вызывают более сильные агенты: растворы солей, кислот и щелочей, расплавленные материалы и горячие газы.

Химическую стойкость материалов оценивают специальным коэффициентом, который рассчитывают по отношению прочности (массы) материала после коррозионных испытаний к прочности (массе) до испытаний. При коэффициенте 0,90...0,95 материал признается химически стойким по отношению к исследуемой среде. Большинство строительных материалов не обладают достаточной стойкостью к действию кислот, солей и щелочей. Почти все цементы и конгломераты на их основе, а также мрамор, известняк, доломит не могут противостоять действию кислот, растворов некоторых солей. Битумы разрушаются при действии концентрированных растворов щелочей и т. д.

Развитие атомной энергетики (в том числе и в Республике Беларусь) и широкое использование источников ионизирующих излучений в различных отраслях промышленности вызывают необходимость оценки радиационной стойкости и защиты строительных материалов и конструкций.

Радиационная стойкость (от лат. radiatio — излучение) – свойство материала сохранять исходный химический состав, структуру и технические характеристики в процессе и (или) после воздействия ионизирующих излучений. Радиационная стойкость материалов существенно зависит от вида радиации, величины и мощности поглощенной дозы, режима облучения (непрерывного или импульсного, кратковременного или длительного), условий эксплуатации материала (температуры, давления, механической нагрузки), размеров конструкции, удельной поверхности и других факторов.

Количественной характеристикой или мерой радиационной стойкости материала может быть пороговая доза, при которой происходит существенное изменение определенных свойств материала, т. е. материал становится непригодным для конкретных условий применения или до заданной степени меняет значение характерного параметра. Для сравнительной оценки защитных свойств материала используют толщину слоя половинного ослабления, равную толщине слоя защитного материала, необходимой для ослабления интенсивности излучения в 2 раза.

Долговечность — способность материала сопротивляться комплексному воздействию атмосферных и других факторов в условиях эксплуатации. К этим факторам можно отнести изменение температуры и влажности, действие различных газов или растворов солей, совместное действие воды и мороза, солнечных лучей. При длительном воздействии таких факторов может произойти нарушение сплошности структуры (образование трещин), ухудшение состояния вещества (изменение кристаллической решетки, перекристаллизация, переход из аморфного состояния в кристаллическое и т. д.). Процесс постепенного изменения (ухудшения) свойств материалов в эксплуатационных условиях еще называют старением.

Долговечность материалов оказывает существенное влияние на величину эксплуатационных затрат, на содержание зданий и сооружений.

Памятники истории, культуры и архитектуры создавались в разные эпохи и практически из любых, как обычных, так и редких в то время строительных материалов. Поэтому при реконструкции и реставрации таких сооружений необходимо достигать совместимости древних и современных реставрационных материалов по различным техническим параметрам: цвету, структуре, коэффициентам теплового расширения, долговечности, стойкости в определенных агрессивных средах и т. п. Для этого необходимо досконально исследовать материал реконструируемого объекта (состав, структуру, технологию изготовления и другие технические показатели) и создать реставрационный материал, не уступающий древнему.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Какие материалы относят к изотропным и анизотропным, с кристаллическим и аморфным строением? Приведите примеры.

2. Охарактеризуйте свойства материалов: плотность, пористость и пустотность.

3. Проследите влияние пористости на основные свойства материалов. В каких случаях нужны материалы с высокой пористостью и когда она нежелательна?

4. Перечислите и охарактеризуйте свойства материалов по отношению к действию воды.

5. Как изменяются свойства материалов с изменением влажности? Приведите примеры.

6. Перечислите и охарактеризуйте свойства материалов по отношению к действию тепла и холода.

7. Что такое прочность, упругость и деформативность?

8. Что такое истираемость и твердость материалов и как их определяют?

9. Что понимается под долговечностью и совместимостью строительных материалов?

ГЛАВА 2.
ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Классификация и основные характеристики

Природные каменные материалы — строительные материалы и изделия, получаемые механической обработкой (дроблением, раскалыванием, пилением, шлифованием) горных пород.

Горные породы — значительные по объему скопления минералов в земной коре, образовавшиеся под влиянием одинаковых условий, т. е. конгломераты нескольких различных по составу минералов.

Минералы — вещества, являющиеся продуктами физико-химических процессов или жизнедеятельности растительных и животных организмов, происходящих в земной коре. Они имеют однородный химический состав и физические свойства, т. е. химически индивидуальное вещество, образующееся в земной коре естественным путем. В природе известно около 3 тыс. минералов, но в образовании горных пород участвуют не более 100 и их называют породообразующими, основными из которых являются кварц, полевые шпаты, слюды, карбонаты, сульфаты и др.

Горные породы, состоящие из одного минерала, называют мономинералъными (кварцит, известняк, кварцевый песок, гипс и др.). Породы, состоящие из нескольких минералов, называются полиминералъными (гранит, диорит, диабаз, базальт и др.).

По происхождению горные породы делятся на магматические (изверженные, или первичные); осадочные (вторичные) и метаморфические (видоизмененные) (рис. 2.1). Генетическая классификация горных пород учитывает, прежде всего, условия их образования, которые предопределяют состав, строение и свойства.

Магматические горные породы формировались в результате застывания и кристаллизации магмы, образующейся в земной коре на глубине от 100 до 200 км. В зависимости от условий и среды формирования образовались глубинные и излившиеся горные породы.

Формирование глубинных горных пород происходило в условиях медленного и равномерного охлаждения магмы под большим давлением. В результате образовались плотные и прочные горные породы с высокой морозостойкостью, низким водопоглощением и крупнокристаллическим строением.

Гранит — самая распространенная в земной коре глубинная горная порода, состоящая из кварца, полевого шпата, слюды и других минералов. В зависимости от их соотношения имеет цвет от серого до черного, в том числе розовый, темно-красный, зеленый и даже голубой. Лучшими строительными свойствами обладают граниты, содержащие больше кварца и меньше слюды. Гранит обладает высокой плотностью (2600... 2800 кг/м³), морозостойкостью (более 200 циклов) и прочностью при сжатии (120...300 МПа). Он хорошо обрабатывается: обтесывается, шлифуется и полируется. Применяется преимущественно для внешней облицовки зданий и сооружений, изготовления бортовых камней, ступеней и как заполнитель для высокопрочных бетонов. Долговечность гранита 1000 и более лет.

К другим горным породам из семейства глубинных, которые достаточно широко используются в качестве облицовочного камня, относятся сиенит, диорит, гранодиорит, габбро, лабрадорит и др.

Излившиеся горные породы формировались в результате менее равномерного и более быстрого охлаждения магмы при относительно резком и неравномерном сбросе давления. По составу они являются аналогами глубинных горных пород, но отличаются по структуре и текстуре. Из-за быстрого охлаждения магмы такие горные породы закристаллизовались лишь частично. Они имеют, как правило, стеклообразную или мелкокристаллическую структуру иногда на фоне крупных кристаллов. Наличие крупных вкрапленников на фоне мелкокристаллической структуры повышает декоративные качества такого камня, но понижает атмосферостойкость. Такое строение горных пород называют еще порфировым по аналогии с широко распространенными среди этой группы пород порфирами.

Излившиеся горные породы могут иметь как плотное строение, т. е. массивные породы (порфиры, диабазы, базальты и др.), так и пористое — в основном обломочные (пемза, вулканические пепел, туфы, лава).

Порфиры по химическому составу и строительным свойствам близки к гранитам. Отличаются от гранитов неоднородностью строения и наличием вкрапленников в мелкозернистой структуре. Поэтому стойкость их к выветриванию ниже, а декоративные свойства выше, чем у гранитов. Плотность порфиров составляет 2400...3000 кг/м³, прочность при сжатии – 130...250 МПа. Из порфиров изготовляют облицовочные плиты, щебень и штучный камень в дорожном строительстве.

Обломочные излившиеся породы могут быть как рыхлыми (пемза, вулканический пепел и др.), так и цементированными (образованными в результате цементации и уплотнения вулканических пеплов и других твердых материалов). Связующим служили вулканический пепел, кремнезем, глина и продукты разложения пепла. Характерными представителями таких пород являются вулканические туфы, туфовые лавы и др.

Осадочные горные породы образовались и на поверхности земли из продуктов разрушения ранее существовавших горных пород, и на дне водных бассейнов из остатков отмерших организмов, растительного мира и т. п. Они отличаются многообразием структур и текстур, с широким варьированием формы и размеров частиц. В зависимости от условий образования различают осадочные породы химического, органогенного и механического (обломочного) происхождения.

Породы химического происхождения образовались в результате осаждения минеральных веществ из водных растворов с последующим уплотнением и цементацией.

Доломит – плотная порода — состоит из минерала доломита (CaCО₃ MgCО₃) с примесями других веществ. Применяют для изготовления облицовочных плит, щебня для бетона, огнеупоров и минеральных вяжущих веществ. Месторождения доломита имеются в Витебской и Могилевской областях Республики Беларусь.

Гипс состоит из минерала гипса (CaSО₄×2 H₂О). Содержит в своем составе кристаллизационную воду, способную выделяться при нагревании с образованием полуводного или безводного гипса. Имеет белый или слегка окрашенный цвет. Легко растворяется в воде. Основное применение — сырье для производства гипсовых вяжущих веществ, плиты для внутренней облицовки зданий и добавки к цементам для регулирования сроков схватывания.

Органогенные горные породы образовались в результате отложения и уплотнения (цементации) отмерших организмов, водорослей и других растений. Они могут быть кремнистого (диатомиты, трепелы, опоки) и карбонатного (известняк, мел и др.) составов.

Известняк — образовался в водных бассейнах из останков животного и растительного мира или как продукт химических осадков. Рыхлые скопления этих осадков уплотнялись давлением воды и скреплялись углекислым кальцием. Состоит в основном из минерала кальцита (СаС0₃) и примесей глины, кварца, доломита и др. Цветовая гамма известняков от белого до светло-серого, включая пастельные тона — белый, желтый, розовый и светло-бежевый.

В зависимости от условий образования различают известняки плотные и пористые. Плотность плотных известняков составляет 2000...2400 кг/м³, прочность при сжатии 20...50 МПа. Твердость известняков невелика, поэтому они хорошо поддаются обработке. Особенно ценной разновидностью является нуммулитовый известняк, сочетающий в себе высокую прочность, износостойкость и долговечность.

Известняк является одним из самых древних строительных материалов. С применением известняков построено множество знаменитых архитектурных шедевров (чудес света): пирамиды Египта, Великая Китайская стена, Московский Кремль и др. С течением времени известняки в сооружениях не теряют своего элитарного эстетичного вида, а приобретают лишь шарм античности. Известняки имеют, как правило, отрицательный радиоактивный фон и по своим параметрам сопоставимы только с натуральным деревом. Стены из него дышат, пропуская пар и влагу, и сохраняют прекрасную звукоизоляцию. Используются известняки также для производства извести, портландцемента, щебня и облицовочных плит.

Травертин занимает промежуточную форму камня между известняком и мрамором, сформировался за многие тысячелетия из известковых отложений углекислых источников под большим давлением, имеет мелконоздреватое строение и высокую прочность при сжатии (до 80 МПа). Порода мягкая, легко пилится, шлифуется, полируется. На рынок поставляется однородных пастельных оттенков белого, бежевого, коричневого, красного, желтого и промежуточного между ними цветов. Отдельные разновидности могут напоминать по текстуре срез орехового дерева.

Травертин еще с античных времен широко использовался как строительный и облицовочный камень для внешней и внутренней отделки. В настоящее время используется в архитектуре больших и малых форм: фасады, цоколи, колонны, тротуары, внутренние стены, полы и т. п. В Минске травертином частично облицован кинотеатр «Октябрь». Самые лучшие сорта травертина импортируются из Ирана, Турции и Италии.

Мел — порода белого цвета, состоящая из мельчайших остатков раковин простейших организмов. По химическому составу почти целиком состоит из минерала кальцита (СаСО₃). Отличается пористой структурой, имеет небольшую прочность. Благодаря высокой дисперсности структуры используется для приготовле