Лекции по МДК 01.01 Проектирование зданий и сооружений

ТОГАПОУ «Промышленно-технологический колледж»

Лекции по МДК 01.01 Проектирование зданий и сооружений

для студентов 2-го курса по специальности 08.02.01 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»

Содержание

Раздел 1. Инженерно-геологические исследования строительных площадок

Лекция 1. Геологическое строение Земли и возраст горных пород………………...3

Лекция 2. Минералы и их происхождение …………………………………………..4

Лекция 3. Классификация горных пород……………………………………………..5

Лекция 4. Геоморфология, формы рельефа…………………………………………..6

Лекция 5. Грунтоведение……………………………………………………………....7

Лекция 6. Гидрогеология……………………………………………………………....8

Лекция 7. Инженерно-геологические изыскания………………………………….…10

Раздел 2. Строительные материалы и изделия

Лекция 8. Общие сведения о строительных материалах………………………….…11

Лекция 9. Древесные материалы……………………………………………………....14

Лекция 10. Природные каменные материалы………………………….......................16

Лекция 11. Керамические материалы………………………………………………....18

Лекция 12. Стеклянные материалы…………………………………………………....20

Лекция 13. Металлические материалы и изделия………………………….................21

Лекция 14. Виды строительных изделий из металлов……………………………….23

Лекция 15. Минеральные вяжущие……………………………………………………24

Лекция 16. Органические вяжущие вещества………………………………………..25

Лекция 17. Бетоны……………………………………………………………………...26

Лекция 18. Железобетон…………………………………………………………….....27

Лекция 19. Строительные растворы…………………………………………………..28

Лекция 20. Добавки, регулирующие свойства растворных смесей…………………30

Лекция 21. Строительные пластмассы………………………………………………..32

Лекция 22. Кровельные, гидроизоляционные, герметизирующие материалы….....34

Лекция 23. Теплоизоляционные и акустические материалы………………………..35

Лекция 24. Лакокрасочные материалы……………………………………………….36

Лекция 25. Строительные материалы для антивандальной защиты……………….37

Раздел 3. Архитектура зданий

Лекция 26. Общие сведения о зданиях и сооружениях………………………………38

Лекция 27. Типизация и стандартизация в строительстве…………………………...40

Лекция 28. Понятие о проектировании гражданских зданий………………………..41

Лекция 29. Конструкции гражданских зданий………………………………………...42

Лекция 30. Основания и фундаменты………………………………………….............44

Лекция 31. Глубина заложения фундаментов; факторы, от которых она зависит….45

Лекция 32. Стены и отдельные опоры…………………………………………............46

Лекция 33. Фасадные системы: вентилируемый фасад, «мокрый» фасад…………..47

Лекция 1. Геологическое строение Земли и возраст горных пород

Геология - это наука о Земле, её строении, составе, и истории развития. Инженерная геология – наука, изучающая геологические процессы верхних слоев земной коры и физико-механические свойства горных пород в связи с инженерно-строительной деятельностью человека. Основным объектом изучения геологии является литосфера и земная кора. Основоположником геологии является М. В. Ломоносов, В. М Севергин.

Инженерная геология изучает природную, геологическую обстановку местности до начала строительства, а также определяет и те изменения, которые произойдут в процессе эксплуатации и строительства сооружений. В настоящее время перед проектированием любого сооружения необходимо выполнить инженерно-геологические изыскания, которые определяют основные задачи проектирования:

1 Выбор места, наиболее благоприятного в геологическом, отношении для данного сооружения.
2 Выявление инженерно-геологических условий в целях выбора наиболее рациональных фундаментов, а также технологический процесс выполнения строительных работ.
3 Рекомендации необходимых мероприятий по инженерному улучшению выбранной территории (это: замачивание грунтов, крепление, мелиорация и т.д).

В настоящий период инженерная геология призвана решать самые сложные задачи при любых условиях строительства.

Необходимость инженерно-геологического изучения нашей страны с целью обоснования регионального размещения объектов народного хозяйства и правильного освоения новых территорий дополняется также не только требованиями изучения инженерно-геологических условий, а и необходимостью разработки прогнозов развития современных геологических процессов и явлений в целях предотвращения стихийных бедствий.

Земля имеет в первом грубом приближении форму шара (экваториальный диаметр составляет 12 754 км, а полярный — около 12 711 км).

Каменное тело планеты окружено воздушной, водной оболочками и оболочкой жизни, соответственно называемыми атмосферой, гидросферой и биосферой. Эти оболочки называют внешними. Как внутренние, такие внешние оболочки объединяют под общим названием геосфер Земли.

Земной шар не однороден по своему составу и строению. В твердом теле Земли выделяют три внутренние оболочки:

Центральную – ядро

Промежуточную – мантию

Наружную – земную кору.

Согласно современным общепринятым представлениям возраст Земли оценивается в 4,5—5 млрд. лет. Определение относительного возраста пород - это установление, какие породы образовались раньше, а какие – позже. Относительный возраст осадочных г.п. устанавливается с помощью геолого-стратиграфических (стратиграфического, литологического, тектонического, геофизических) и биостратиграфических методов.

Лекция 2. Минералы и их происхождение

Минералы – это природные тела, имеющие определенный химический состав и свойства; образующиеся в результате физико-химических процессов, протекающих в земной коре. В земной коре содержится до 7000 минералов и их разновидностей, и около 100 из них входят в состав горных пород. Эти минералы называются породообразующими. Минералы образуются в результате разнообразных геологических процессов. Существует 3 процесса образования:

Эндогенный процесс – протекает в недрах земли, и минералы рождаются из магмы (силикатного расплава). Магма по мере понижение t, затвердевает. При данном процессе минералы характеризуются большой твердостью, к воде, кислотам.

Экзогенный процесс – протекает на поверхности земной коре, где взаимодействуют литосфера, гидросфера, атмосфера. Образование связано с процессом выветривания и колебаний температур. Такие минералы характеризуются низкой твердостью, и взаимодействием с водой.

Метаморфический процесс – это перерождение ране образованных минералов под воздействием высоких t и давления, а также магматических газов и воды. Минералы проходят перекристаллизацию, приобретают плотность, прочность.

Минералы могут иметь кристаллическую структуру или аморфную. Свойства минералов могут быть одинаковыми по всем направлениям, такие минералы называют изотропными. А если свойства разные по различным направлениям – анизотропными. Минералы, обладающие кристаллической решеткой, характеризуются правильной внешней формой. Аморфные минералы характеризуются неправильной формой.
Морфологические особенности – это различные внешние формы. Формы минералов можно разделить на следующие виды:

а) изометрические формы (одинаково развиты во всех направлениях);

б) вытянутые в одном направлении (призматические, игольчатые); в) вытянутые в двух направлениях (плоские, листовые, чешуйчатые).

Все минералы имеют определенные физически свойства:

Внешняя форма – в природных условиях чаще всего приобладает неправильные очертания. Хорошо ограниченные и ограненные кристаллы встречаются редко.

Цвет – условно разделяют на светлые (кварц, полевые шпаты, гипс, кальцит), темные (роговая обманка, авгит и др.).

Прозрачность минералов – свойство пропускать свет. Выделяют III группы минералов:

а) прозрачные (кварц, мусковит).

б) полупрозрачные (халцедон).

в) непрозрачные (пирит, графит).

Блеск – свойство, основанное на отражение света поверхностью минерала. Он может быть металлическим и неметаллическим (стеклянным, жирным, шелковистым).

Твердость минерала – способность противостоять внешнему механическому воздействий. Каждому минералу присуща определенная твердость, которая ориентировочно оцениваете по шкале Мооса.

Спайность – способность минерала раскладываться или расщепляться по определенным направлениям с образованием гладких плоскостей.

Излом характеризует поверхность разрыва и раскалывания минералов.

Минералы обладают рядом физических свойств: хрупкостью, плавкостью, магнитностью, вкусом, запахом и т.д.

Лекция 3. Классификация горных пород.

При проектировании горных работ и строительстве подземных сооружений необходим комплекс сведений о различных свойствах горных пород. Более того нужна определённая систематизация горных пород по свойствам с тем, чтобы без проведения специальных детальных исследований можно было априорно представлять основные особенности поведения какого-либо конкретного вида пород при заданных видах воздействий и тем самым прогнозировать те или иные процессы в массиве пород.

Горные породы представляют собой плотные или рыхлые, слагающие земную кору агрегаты тех или иных минералов, а также обломков других пород. Каждая горная порода имеет минералогический состав, свою структуру и текстуру.

Структура горных пород определяется особенностями внутреннего строения, формой и размерами слагающих их элементов (минералов и цемента) и характером их взаимной связи.

Текстура горных пород определяется ее внешним обликом (слоистость, массивность и т.д.), обусловленным особенностями слагающих пород частиц.

По происхождению горные породы подразделяются на:

- осадочные породы;

- магматические породы;

- метаморфические породы.

Осадочные горные породы - это породы, сформировавшиеся на поверхности или в приповерхностной части Земной коры за счет осаждения продуктов экзогенных процессов.

Осадочные горные породы классифицируются:

- терригенные;

- органогенные;

- хемогенные.

Терригенные сложены неорганическими обломками и глинистыми частицами, снесенными в море с суши, земли (terra - земля). Это песок, глина, песчаник, конгломерат.

Органогенные образовались в результате скопления остатков организмов, большей частью их скелетов. К ним относятся известняки, диатомиты, а также каустобиолиты - бурые и каменные угли.

Хемогенные породы формируются при кристаллизации из воды различных солей. Самые распространенные из них каменная и калийная соли, гипс и др.

Магматической определяется порода, образовавшаяся в результате охлаждения и затвердевания магмы. Так как магма может остывать на глубине, внутри каменной оболочки земного шара, или на земной поверхности, то магматические породы разделяются на интрузивные (внедрившиеся в толщи горных пород) и эффузивные (излившиеся). Наиболее типичными интрузивными породами считаются гранит, диорит, габбро, перидотит и другие. Базальт, липарит, андезит принадлежат эффузивным породам.

В зависимости от текстуры и структуры метаморфические породы делятся на сланцеватые или полосчатые и массивные или плотного строения. К сланцеватым породам относятся гнейсы, слюдяные сланцы, филлиты, хлоритовые, тальковые, роговообманковые сланцы. К массивным, или плотным породам относятся серпентинит (змеевик), грейзены, скарн, роговики, мраморы, кварциты.

Лекция 4. Геоморфология, формы рельефа.

            Наука, занимающаяся изучением рельефа, его происхождением и развитием называется геоморфологией.

            Основной задачей инженерной геоморфологии является изучение состояния динамического равновесия рельефа, выявление степени его устойчивости и прогнозирование изменений форм его в результате строительства. Такие прогнозы необходимы не только для выбора оптимального варианта размещения объекта, но и для гарантии его безаварийной службы.
Рельеф – это совокупность всех форм поверхности – возвышений, равнин и углублений. Они могут быть горизонтальными, наклонными, выпуклыми, вогнутыми, сложными. Эти «неровности» на поверхности Земли весьма динамичны, находятся в состоянии непрерывного изменения и превращения. В процессе этих изменений уничтожаются старые и возникают новые формы рельефа. Все это происходит в результате воздействия на земную поверхность сил, возникающих при проявлении эндогенных (внутренних) и экзогенных (внешних) процессов на Земле.
По своему происхождению формы рельефа подразделяются в зависимости от преобладающего фактора – силы, вызвавшей образование данной формы. Прежде всего их делят на две большие группы:
– формы рельефа, обусловленные деятельностью эндогенных сил, т.е. тектоникой земной коры;

– формы рельефа, обусловленные деятельностью экзогенных сил на поверхности земли.

            По происхождению все формы подразделяются на: тектонические, эрозионные и аккумулятивные.

            Тектонические возникают в процессе движения земной коры, при этом образуется рельеф земли.

            Эрозионные – связаны с разрушительной работой текучих вод и активно меняют свои очертания во времени.

            Аккумулятивные формы – являются следствием накопления продуктов выветривания.

            Формы рельефа на каждой территории встречаются в определенных сочетаниях, что придает им своеобразный облик. Рассмотрим три основных типа рельефа: равнинный, холмистый и горный.

            Равнина – это тип рельефа, который отличается малыми колебаниями высот, не входящих за пределы 200 м. Подразделяются:

– по отношению к уровню моря - отрицательные (депрессии, впадины), лежащие ниже уровня моря; низменные, в пределах от 0 до 200 м над уровнем моря; возвышенные с отметками от 200 до 500 м; нагорные, имеющие отметки поверхности свыше 500 м;

– по общей форме поверхности – горизонтальные, наклонные, вогнутые и выпуклые;

– по глубине, степени и типу расчленения – плоские, нерасчлененные или слаборасчлененные, мелкорасчлененные, глубокорасчленные.

            Холмистый рельеф представляют собой поверхность земли, на которой часто чередуются возвышенности (холмы) с высотами не более 200 м и понижения в виде ложбин и котловин. Холмистый рельеф нередко занимает большие площади и представляет собой переходный тип рельефа между равнинным и горным.

            Горный рельеф представляет собой крупные с относительной высотой более 200 м возвышенности (горы, хребты) и понижения (долины, впадины, котловины). По происхождению горы принято делить на тектонические, вулканические и эрозионные.

Лекция 5. Грунтоведение

            Грунты – это горные породы, находящиеся в сфере действия инженерных сооружений. Грунтоведение изучает, в основном, нескальные грунты, такие как рыхлые и глинистые породы. Массивные (скальные) грунты достаточно прочные со строительной точки зрения. Рыхлые и глинистые грунты характеризуются отсутствием жестких связей между частицами и обладают непостоянными физико-механическими свойствами. Основой рыхлых грунтов являются твердые минеральные частицы, создающие каркас грунтов. Поры грунтов занимают газы и вода. Твердые частицы бывают органические и минеральные. Минеральные частицы состоят из первичных, которые перешли в состав грунта из материнской породы, и вторичных, образовавшихся уже после образования грунта. Первичные представляют собой обломки кварца, чешуйки слюды, вторичные – это глинистые минералы. Грунты, содержащие органические вещества называются торфом и гумусом.

            Торф – полуразложившаяся масса растительных остатков.

            Гумус – органо-минералогическое соединение, связанное с жизнедеятельностью микроорганизмов. Грунт характеризуется гранулометрическим составом. Это разделение частиц по крупности зерен. Крупность зерен определяет путем просеивания через сито определенного размера.

            Грунты характеризуются следующими свойствами: удельным весом, пористостью. В грунте значительное место занимают поры, пустоты, трещины. Это связанно с условиями происхождения грунтов.

В зависимости от состава и строительных свойств грунты подразделяются на основные классы.
1) Скальные – магматические (гранит, диорит), метаморфические (гнейс, кварцит) и осадочные породы (известняк, песчаник).

2) Полускальные – трещиноватые, сильно выветренные скальные породы, а так же осадочные породы (гипс, мел).

3) Крупнообломочные – несцементированные породы из обломков кристаллических или сцементированных осадочных пород (щебень, гравий), содержащих более 50% (по весу) обломков размеров свыше 2 мм .

4) Песчаные – сыпучие в сухом состоянии грунты. не обладают свойствами пластичности и cодержащие менее 50% по весу частиц крупнее 2 мм .

5) Глинистые - связанные в сухом состоянии грунты, для которых число пластичности больше единицы (супеси, суглинки, глины).

6) Почвы – это особый вид горных пород, отличительной чертой которых является плодородие. Мощность почвенного покрова достигает десятки сантиметров, для черноземов 1…2 м.
7) Искусственные грунты – это грунты созданные в результате строительной и производственной деятельности человека, а так же грунты, свойства которых целенаправленно улучшены человеком. Они разделяются на насыпные и улучшенные.

8) Насыпные – представляют собой искусственные образования, созданные в строительных целях, являются следствием деятельности человека. Строительные насыпи создаются с заранее заданными свойствами.

Лекция 6. Гидрогеология

Воды, находящиеся в верхней части земной коры, называются подземными водами. Наука, изучающая подземные воды, их происхождение, условия залегания, связь с атмосферными и поверхностными водами, называется гидрогеологией.

Для строительства подземные воды в одном случае служат источником водоснабжения, в другом – фактором, затрудняющим строительство. Подземные воды ухудшают механические свойства рыхлых и глинистых пород, являются агрессивной средой по отношению к строительным материалам.

Существует 3 способа образования поземных вод: инфильтрации, конденсации, ювенильный.

Инфильтрации – образуются из атмосферных осадков, которые, просачиваясь через слой земли, встречают водоупорный пласт. Вода задерживается, заполняет пустоты, создает водоносные горизонты.

Конденсации – образуются за счет разности температур на поверхности и внутри земли, происходит конденсация паров и формирование подвешенного горизонта подземных вод.

Ювенильные – возникают в глубине земли за счет кислорода и водорода, выделяемого магмой. Встречаются на поверхности земли в виде горных источников.
В зонах замедленного и весьма замедленного водообмена образуются минерализованные (соленые) воды так называемого седиментационного происхождения. Эти воды возникли после образования (седиментации) древних морских осадков в начале геологической истории земной коры.

При оценке свойств подземных вод исследуют вкус, запах, цвет, прозрачность температуру, и другие физические свойства подземной воды, которые характеризуют так называемые органолептические свойства воды (определяемые при помощи органов чувств).
Температура подземных вод колеблется в широких пределах в зависимости от глубины залегания водоносных слоев, особенностей геологического строения, климатических условий и т.д. Различают воды холодные, теплые (субтермальные), термальные, перегретые. На участках водозаборов чаще всего температура воды 7…11°С. Химически чистая вода бесцветная. Прозрачность зависит от цвета и наличии мути. Вкус связан с составом растворённых веществ: соленый – от хлористого натрия, горький – от сульфата магния и т.д. Запах зависит от наличия газов биохимического происхождения. Химический состав определяется содержанием растворённых соединений газов, солей и органических соединений. Растворенные в воде газы придают ей определенный вкус и свойства. Количество и тип газов обуславливает степень пригодности воды для питьевых и технических целей. Подземные воды у поверхности земли нередко бывают загрязнены органическими примесями. Соли в подземных водах. Наибольшее распространение имеют хлориды, сульфаты и карбонаты. По общему содержанию растворенных солей подземные воды разделяются на: пресные – до 1 г/л растворенных солей; солоноватые – от 1 до 10 г/л; соленые – 10…50 г/л; рассолы – более 50 г/л. Суммарное содержание растворенных в воде минеральных веществ называется общей минерализацией, о величине которой судят по сухому или плотному остатку, который получается после выпаривания определенного объема воды при температуре 105…1100С. Общая минерализация – один из главнейших показателей качества подземных вод. Количество солей и газов определяет пригодность воды для питья. Количество растворенных солей не должно превышать 1,0 г/л. Органические примеси устанавливаются бактериологическим анализом. 

Присутствие солей определяют жесткость и агрессивность воды. Жесткость воды – это свойство, обусловленное содержанием ионов кальция и магния, т.е. связанная с карбонатами. По жесткости воду разделяют на мягкую, среднюю, жесткую и очень жесткую. Жесткость бывает временной и постоянной. Временная жесткость устраняется кипячением. Постоянная жесткость кипячением не устраняется. Сумму временной и постоянной жесткости называют общей жесткостью.

Агрессивность подземных вод выражается в разрушительном воздействии растворенных в воде солей на строительные материалы. По отношению к бетону различают следующие виды агрессивных подземных вод: обще кислотная; сульфатная; магнезиальная; карбонатная.

Лекция 7. Инженерно-геологические изыскания.

Инженерно-геологические изыскания выполняются при проектировании различных зданий, сооружений и их комплексов. В необходимых случаях они могут быть продолжены в период строительства, эксплуатации, реконструкции и ликвидации объектов. В состав инженерных изысканий, помимо инженерно-геологических входят и другие виды изысканий:

Инженерно-геодезические – получение топографо-геодезических материалов, данные о рельефе местности.

Инженерно-гидрометеорологические – климатические условия, гидрологический режим рек.

Инженерно-экологические – оценка и прогноз современного экологического состояния.

Инженерно-геологические изыскания (ИГИ) – производственный процесс получения, накопления и обработки инженерно-геологической информации для обеспечения строительного проектирования исходными данными об инженерно-геологических условиях района.

Объем и содержание ИГИ в каждом конкретном случае зависит от:

- категории сложности инженерно-геологических условий района (простых, средней сложности и сложные);

- степени их изученности;

- стадий (этапов) проектирования;

- вида (назначения) сооружения и уровня его ответственности.

            Наиболее значительные объемы буровых, опытных и других видов работ выполняют при инженерно-геологических изысканиях для строительства зданий и сооружений повышенного уровня ответственности в сложных инженерно-геологических условиях.

            Основанием для производства инженерно-геологических изысканий является договор между Заказчиком и Исполнителем инженерно-геологических изысканий.

Инженерно-геологические изыскания для строительства выполняются последовательно на различных стадиях (этапах).

Различают следующие основные стадии работ:

- предпроектную (она включает прединвестиционную документацию, градостроительную документацию и обоснование инвестиций в строительство);

- проектную (в состав входят проект и рабочая документация для строительства сооружения).

Предпроектная документация разрабатывается с целью обоснования целесообразности строительства объекта, выбора строительных площадок и направления магистральных транспортных и инженерных коммуникаций, основ генеральных схем инженерной защиты от опасных геологических процессов и др.

При проведении инженерно-геологических изысканий на стадии проект перечень изысканий не меняется, но увеличивается детальность их проведения.

Инженерно-геологические изыскания начинают со сбора и обработки материалов изысканий и исследований прошлых лет. Важно располагать также данными о возможных деформациях зданий и сооружений и их причинах на исследуемой территории, существующих способах инженерной защиты, наличии грунтовых строительных материалов, источниках питьевого водоснабжения и др.

Все эти данные можно получить из инженерно-геологических отчетов, хранящихся в территориальных геологических фондах, техархивах трестов инженерно-геологических изысканий (ТИЗИС), проектных и строительных организаций, фондах городских и областных архитектурных управлений, и других источников.

Буровые и горнопроходческие работы являются важнейшей частью инженерно-геологических исследований. С помощью буровых скважин и горных выработок выясняют геологическое строение и условия строительной площадки на необходимую глубину, отбирают пробы грунтов, проводят опытные работы и стационарные наблюдения.

Лекция 8. Общие сведения о строительных материалах

Строительные материалы и изделия, применяемые при строительстве, реконструкции и ремонте различных зданий и сооружений, делятся на природные и искусственные, которые в свою очередь подразделяются на две основные категории: к первой категории относят: кирпич, бетон, цемент, лесоматериалы и др. Их применяют при возведении различных элементов зданий (стен, перекрытий, покрытий, полов). Ко второй категории -  специального назначения: гидроизоляционные, теплоизоляционные, акустические и др.

Применяя тот или иной материал в строительстве, нужно знать его физико-механические свойства и учитывать те условия, в которых этот материал будет работать в строительной конструкции.

Основные свойства строительных материалов можно разделить на несколько групп.

К первой группе свойств относят физические свойства материалов: удельный вес, объёмный вес, плотность и пористость. От них в большой степени зависят другие важные в строительном отношении свойства строительных материалов.

Вторую группу составляют свойства, характеризующие отношение строительного материала к действию воды и связанному с нею действию мороза: водопоглощение, влажность и отдача влаги, гигроскопичность, водопроницаемость, водо- и морозостойкость.

К третьей группе относятся механические свойства материалов: прочность, твёрдость, истираемость и др.

В четвёртую группу объединены свойства, характеризующие отношение материалов к действию тепла: теплопроводность, теплоёмкость, огнестойкость и огнеупорность. Помимо основных, различают ещё специальные свойства, присущие лишь отдельным видам строительных материалов.

Способность некоторых материалов сопротивляться разрушающему действию кислот, щелочей, солей и газов носит общее название химической (или коррозионной) стойкости.

Особую группу составляют так называемые технологические свойства, которые характеризуют способность материала подвергаться механической обработке. Например, древесина является материалом, легко поддающимся обработке.

Удельным весом называется вес материала в единице объёма в плотном состоянии (без пор).

Объёмным весом называется вес единицы объёма материала в естественном состоянии (вместе с порами). Объёмный вес рыхлых материалов (песка, щебня), определяемый без вычета пустот между их частицами, называют насыпным весом.

Плотностью материала называется степень заполнения его объёма твёрдым веществом, из которого материал состоит.

Пористостью называется отношение объёма пор к общему объёму материала. По величине воздушных пор материалы разделяют на мелкопористые и крупнопористые.

Материал с высокой пустотностью и пористостью часто бывает наиболее лучшим теплоизоляционным материалом.

Водопоглощением называется степень заполнения объёма материала водой.

Влагоотдачей называется свойство материала отдавать воду при изменении условий в окружающей среде.

Влажность материала — весовое содержание воды в материале строительных конструкций (значительно ниже, чем их полное водопоглощение).

Водопроницаемостью называется способность материала пропускать воду под давлением.

Морозостойкостью называется способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное переменное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и без значительного понижения прочности.

Газопроницаемостью называется способность материала пропускать через свою толщу газ (воздух). Газопроницаемость стен и других элементов сооружений можно значительно уменьшить, покрывая их масляными красками или битумными составами, а также производя их оштукатуривание.

Теплопроводностью называется способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разновидности температур на поверхностях, ограничивающих материал.

Степень теплопроводности очень важно знать для материалов. используемых при устройстве так называемых ограждающих конструкций зданий (т.е. наружных стен, верхних перекрытий, полов в нижнем этаже) и в особенности для теплоизоляционных материалов, назначение которых — способствовать сохранению тепла в помещениях и тепловых установках.

Теплоёмкостью называют свойство материала поглощать определённое количество тепла при нагревании.

Под теплоустойчивостью стен и перекрытий понимают их способность сохранять на внутренней поверхности более или менее постоянную температуру, несмотря на колебания теплового потока вследствие неравномерной работы отопления. Суточные колебания температуры в жилых зданиях не должны превышать 6 градусов.

Огнестойкостью называется способность материалов выдерживать без разрушения действие высоких температур и воды ( при пожарах ). По огнестойкости строительные материалы делят на три группы : несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

Огнеупорностью называют свойство материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не расплавляясь.

Химической стойкостью называется способность материалов сопротивляться действию кислот, щелочей, солей, растворённых в воде, и газов.Большая часть строительных материалов не обладает стойкостью к действию кислот и щелочей.

Долговечность является весьма важным свойством строительных материалов. Под долговечностью понимают способность материалов сопротивляться всей сумме атмосферных воздействий в эксплуатационных условиях (изменение температур, влажности, влияние кислорода и других газов, находящихся в воздухе). Процесс естественного изменения свойств материалов под действием атмосферных факторов называется старением материалов.  

Прочность —  свойство материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, возникающих от нагрузки или других факторов. Прочность строительных материалов характеризуется так называемым пределом прочности при сжатии или пределом прочности при растяжении.

Твёрдостью называется способность материала сопротивляться проникновению в него постороннего более твёрдого тела. Это свойство материала не всегда соответствует их прочности. Материалы с разными пределами прочности при сжатии могут обладать примерно одинаковой твёрдостью.

Истираемостью называют способность материала уменьшаться в весе и объёме под действием истирающих усилий.

Сопротивлением удару называется способность материала сопротивляться ударным воздействиям.

Упругостью называется свойство материала восстанавливать свою первоначальную форму и объём после прекращения действия внешних сил, под воздействием которых форма материалов изменяется в той или иной мере. Первоначально форма может восстанавливаться полностью при малых нагрузках и частично при больших. В последнем случае в материале имеются остаточные деформации.

Деформацией называется изменение формы или объёма твёрдого тела.

Пределом упругости считают напряжение, при котором остаточные деформации впервые достигают некоторой малой величины, устанавливаемой техническими условиями на данный материал. Это наибольшее напряжение, по достижении которого материал практически получает только упругие деформации, т.е. исчезающие после снятия нагрузки.

Пластичностью называют способность материала под влиянием действующих на него усилий изменять свои размеры и форму без образования трещин и сохранять их после снятия нагрузки.

Помимо материалов пластичных (битумы, глиняное тесто и др.) имеются материалы хрупкие, которые разрушаются сразу (без предварительной деформации), как только действующие на них усилия достигают величины разрушающих нагрузок.

Лекция 9. Древесные материалы

Благодаря хорошим строительным свойствам древесина давно нашла широкое применение в строительстве. Она имеет небольшую среднюю плотность, достаточную прочность, малую теплопроводность, большую долговечность (при правильной эксплуатации и хранении), легко обрабатывается инструментом, химически стойка. Однако наряду с большими достоинствами древесина имеет и недостатки: неоднородность строения; способность поглощать и отдавать влагу, изменять при этом свои размеры, форму и прочность; быстро разрушается от гниения, легко возгорается.

По породе деревья подразделяют на хвойные и лиственные. Качество древесины во многом зависит от наличия у неё пороков, к которым относят косослой, сучковатость, трещины, повреждения насекомыми, гниль. Хвойные — лиственница, сосна, ель, кедр, пихта. Лиственные — дуб, берёза, липа, осина.

Строительные свойства древесины изменяются в широких пределах, в зависимости от её возраста, условий роста, породы дерева, влажности. В свежесрубленном дереве влаги — 35-60 %, причём содержание её зависит от времени рубки и породы дерева. Наименьшее содержание влаги в дереве зимой, наибольшее — весной. Наибольшая влажность свойственна хвойным породам (50-60 %), наименьшая — твёрдым лиственным породам (35-40 %). Высыхая от самого влажного состояния до точки насыщения волокон (до влажности 35 %) древесина не меняет своих размеров, при дальнейшем высушивании её линейные размеры уменьшаются. В среднем усушка вдоль волокон составляет 0,1 %, а поперёк — 3-6 %. В результате объёмной усушки образуются щели в местах соединения деревянных элементов, древесина трескается. Для деревянных конструкций следует применять древесину той влажности, при которой она будет работать в конструкции.

Материалы и изделия из древесины

Круглый лес:

брёвна — длинные отрезки ствола дерева, очищенные от сучьев;

кругляк (подтоварник) — брёвна длиной 3-9 м; кряжи — короткие отрезки ствола дерева (длиной 1,3-2,6 м);

оцилиндрованные бревна – после обработки на токарном станке они принимают правильную цилиндрическую форму, что облегчат возведение срубов;

жерди – Д8 мм и длина 3-9м, для вспомогательных и временных сооружений, изгородей и сараев;

брёвна для свай гидротехнических сооружений и мостов — отрезки ствола дерева длиной 6,5-8,5 м. Влажность круглого леса, используемого для несущих конструкций должна быть не более 25 %.

Стройматериалы из древесины делятся на пиломатериалы и плитные материалы.

Пиломатериалы получают путём распиловки круглого леса.

Пластины — это продольно распиленные на две симметричные части брёвна;

брусья имеют толщину и ширину не более 100 мм (четырёхотрезные и двухкантные);

горбыль представляет отпиленную наружную часть бревна, у которого одна сторона не обработана.

Основным видом пиломатериалов считается доска необрезная и обрезная.

Высокотехнологичным видом пиломатериалов является стеновой и оконный клеёный брус, а также гнуто-клееные несущие конструкции и балки перекрытия. Изготавливают их путём склейки водостойкими клеями досок, брусков, фанеры. (Водостойкий клей ФБА, ФОК).

Из пиломатериалов изготавливают столярные изделия. Строганые длинномерные изделия — это погонаж (вагонка, половая доска, плинтус, рейка), наличники (оконных и дверных проёмов), поручни для перил, лестниц, подоконные доски, окна и двери. Столярные изделия изготавливают на специализированных заводах или в цехах из хвойных и лиственных пород.

Древесные плиты

К числу плитных строительных материалов из дерева относятся: фанера, древесно-волокнистые плиты, древесно-стружечная плита, цементно-стружечная плита, ориентированно-стружечная плита.

Фанеру изготавливают из шпона (тонкой стружки) берёзы, сосны, дуба, липы и др. пород путём склеивания его листов между собой. Шпон получают непрерывным снятием стружки по всей длине распаренного в кипятке бревна (длиной 1,5 м) на спец. станке.

Защита древесины от гниения.

1.Антисетики – ядовитые вещества, применяемые против дереворазрушающих грибков,

2. Минеральные антисептики: фтористый натрий, кремнефтористый натрий, хлористый цинк, медный купорос.

3.Органические антисептики – продукты переработки дегтя: антраценовое масло, креозот, производные фенола (получают тоже из дегтя)

Защита древесины от возгорания.

1.Огнезащитные покрытия – обмазки, краски и лаки. Обмазки состоят из неорганических связующих (глина, известь, гипс), наполнителей (слюда, асбест) и антипиренов. При контакте с огнем краски и лаки вспучиваются и образуют теплоизолирующее трудносгораемое покрытие на поверхности древесины.

2.Огнезащитные пропитки – растворы солей и некоторых веществ – антипиренов, которыми пропитывают древесину. При нагреве до т-ры возгорания антипирены действуют по следующей схеме:

- разлагаются с выделением газов, не поддерживающих горение (вода, аммиак, углекислый газ),

- плавятся с образованием газонепроницаемой стеклянной пленки,

- вспучиваются, в затем обугливаются, образуя теплоизолирующее покрытие.

Наиболее распространенные антипирены: фосфат и сульфат аммония, бура, поташ, борная кислота.

Так как технология пропитки антисептиками и антипиренами практически одинакова, то часто проводят комплексную обработку древесины против гниения и возгорания. Проводится она до окраски.

Лекция 10. Природные каменные материалы

Природный камень служил основным строительным материалом еще первобытному человеку. Каменные природные материалы очень прочны, долговечны, огнестойки, изготовлены из местного сырья. В наше время природные плотные каменные материалы уже не используются для возведения стен, арок, куполов, колонн и других несущих конструкций, т.к. они трудоемки, обладают большой массой и высокой теплопроводностью. Но из-за положительных эксплуатационных и эстетических качеств продолжают широко применяться для облицовочных работ, устройства полов, дорожных покрытий и пр. Пористые природные материалы применяются в конструкциях стен жилых и общественных зданий в виде стеновых камней и блоков. Отходы горнодобывающей и камнеобрабатывающей промышленности используются в качестве заполнителя для бетонов, изготовления других искусственных каменных изделий на минеральном и органическом вяжущем.

Среди многообразия физико-механических свойств природных каменных материалов обычно выделяют плотность, предел прочности при сжатии, морозостойкость, по величине которых оценивают их качество и делят на марки.

По плотности в сухом состоянии каменные материалы разделяют на тяжелые (более 1800 кг/м³) и легкие (менее 1800 кг/м³).

По пределу прочности при сжатии установлены следующие марки: для тяжелых каменных материалов — от 10 до 100, а для легких — от 1 до 20.

По степени морозостойкости в циклах замораживания (Мрз) для каменных материалов установлены марки от 10 до 500.

По степени водостойкости (коэффициенту размягчения) материалы разделяют на группы с величиной данного показателя 0,6; 0,75; 0,9 и 1.

К каменным материалам, предназначенным для дорожных покрытий, полов промышленных зданий, предъявляют дополнительные требования (высокая стойкость к истиранию, износу и др.). Для природного камня, из которого изготовляют облицовочные плиты, большое значение имеют внешний вид, цвет и текстура.

В строительстве используют различные виды природных каменных материалов и изделий: бутовый камень, стеновые камни и блоки, облицовочные камни и плиты, кровельные плитки и др.

Бутовый камень применяют в строительстве в виде кусков горной породы неправильной формы (рваный бут) или неправильных плит. Рваный бут получают из осадочных горных пород (известняков, доломитов, песчаников) взрывным способом, а плиты (постелистый бут и плитняк) добывают из слоистых горных пород при помощи клиньев, ударных механизмов и др. Масса отдельных бутовых камней колеблется в пределах 20-40 кг. Бутовый камень должен иметь предел прочности при сжатии не менее 10 МПа, а коэффициент размягчения не ниже 0,75. В нем не должно быть трещин, расслоений и рыхлых прослоек, снижающих его строительные свойства.

Бутовый камень служит материалом для кладки фундаментов, стен не отапливаемых зданий и сооружений, подпорных стенок и др. Отходы при заготовке бутового камня дробят и используют в виде щебня для бетонов.

Стеновые камни и блоки изготовляют из известняков, вулканических туфов и других горных пород плотностью до 2200 кг/м³. Размеры камней для ручной кладки 390×190×190 мм, размеры укрупненных блоков для механизированной кладки устанавливают исходя из прочности породы и грузоподъемности кранов. Правильную геометрическую форму и требуемые размеры камней и блоков получают, как правило, выпиливая их из массива при помощи камнерезных машин; значительно реже выпускают колотые штучные камни. Лицевая поверхность стеновых камней и блоков должна отвечать требованиям декоративности.

Облицовочные камни и плиты изготовляют из блоков природного камня путем их распиливания или раскалывания с последующей механической обработкой. Горные породы для получения блоков-полуфабрикатов следует выбирать с учетом эксплуатационных условий, в которых будут находиться изготовленные из них облицовочные изделия. Так, горные породы, предназначенные для наружной облицовки, должны быть атмосферостойкими, без трещин и следов выветривания, иметь красивую и неизменную окраску. Для этой цели применяют: граниты, сиениты, диориты, габбро, лабрадориты, кварциты, плотные известняки, туфы, песчаники. Горные породы, используемые для внутренней облицовки, должны иметь красивую окраску и легко полироваться. Чаще всего для внутренней облицовки применяют мрамор.

Облицовочные камни и плиты бывают пилеными и тесаными. Пиленые изделия, как правило, дешевле и долговечнее тесаных, так как при распиловке горных пород удается получать сравнительно тонкие изделия без микротрещин, которые возникают при теске камня.

Плиты для облицовки стен и настилки полов должны иметь прямоугольную форму и заданные размеры. Кроме того, лицевой поверхности плит придают различную декоративную фактуру.

В дорожном строительстве широко применяют разнообразные изделия из природного камня, например брусчатку, колотый или булыжный камень, бортовые камни. Эти изделия изготовляют из изверженных или осадочных горных пород, которые должны иметь высокую прочность, низкое водопоглощение, хорошо сопротивляться ударным и истирающим нагрузкам, быть морозостойкими, а также не должны быть затронуты выветриванием. Такие же требования предъявляют к каменным материалам (граниту, диориту, диабазу, габбро), предназначенным для защитных плит-оболочек гидротехнических сооружений. Материалы и изделия из природного камня (базальта, диабаза и др.) используют также для конструкций, работающих при высоких температурах. Кроме того, материалы и изделия из гранита, диорита, кварцита, базальта, диабаза и кремнистого песчаника в виде облицовочных камней и плит правильной формы применяют для защиты конструкций зданий и аппаратов от воздействия кислот.

Лекция 11. Керамические материалы

Керамическими называют искусственные каменные материалы и изделия, полученные в процессе технологической обработки минерального сырья и последующего обжига при высоких температурах. Несмотря на широкое использование в строительстве бетонов и других прогрессивных материалов, керамика не сдает своих позиций. Из кирпича строят более 50 % ограждающих конструкций жилых и общественных зданий. В последнее время упор делается на производство эффективной пустотелой керамики, высококачественных отделочных и изоляционных керамических материалов.

- по назначению керамические изделия подразделяют на следующие виды: стеновые, отделочные, кровельные, для полов, для перекрытий, дорожные, санитарно-технические, кислотоупорные, теплоизоляционные, огнеупорные и заполнители для бетонов;

- по структуре различают керамические изделия с пористым и спекшимся (плотным) черепком. Пористыми считают изделия с водопоглощением по массе более 5%. К ним относятся изделия как грубой (керамические стеновые кирпич и камень, изделия для кровли и перекрытий, дренажные трубы), так и тонкой (облицовочные плитки, фаянсовые) керамики. К плотным относят изделия с водопоглощением по массе менее 5%. К ним принадлежат также изделия и грубой (клинкерный кирпич, крупноразмерные облицовочные плиты), и тонкой (фаянс, полуфарфор, фарфор) керамики;

- по температуре плавления керамические материалы и изделия подразделяются на легкоплавкие (с температурой плавления ниже 1350 °С), тугоплавкие (с температурой плавления 1350 °С-1580 °С), огнеупорные (1580 °С-2000 °С), высшей огнеупорности (более 2000 °С).

Керамические кирпичи и камни изготовляют из легкоплавких глин с добавками или без них и применяются для кладки наружных и внутренних стен и других элементов зданий и сооружений, а также для изготовления стеновых панелей и блоков.

В зависимости от размеров кирпич и камни подразделяются на виды:

- обыкновенный;

- утолщенный;

- модульный;

- камень обыкновенный;

- укрупненный;

- модульный;

- с горизонтальным расположением пустот.

Кирпич может быть полнотелым и пустотелым, а камни только пустотелыми. Утолщенный и модульный кирпич должен быть также только с круглыми или щелевыми пустотами, чтобы масса одного кирпича не превышала 4 кг.

Панели и блоки стеновые из кирпича и керамических камней изготовляют для повышения индустриальности строительства.

Керамические облицовочные изделия применяются для наружной и внутренней облицовки конструкции зданий и сооружений не только с целью декоративно-художественной отделки, но и повышения их долговечности.

Керамические изделия для внешней облицовки зданий подразделяют на кирпич и камни лицевые, крупноразмерные плиты, плитки керамические фасадные и ковры из них.

Плитки керамические для внутренней облицовки подразделяются на две группы - для облицовки стен и для покрытия полов. Эти изделия не подвергаются в условиях эксплуатации действию отрицательных температур, поэтому требования морозостойкости к ним не предъявляются.

Плитки для облицовки стен применяются двух видов - майоликовые и фаянсовые. Фаянсовые плитки изготовляются из сырьевой смеси каолина, полевого шпата и кварцевого песка, а майоликовые из красножгущихся глин с последующим покрытием глазурью.

Наибольшее применение керамические изделия для кровли и черепицы нашли в западноевропейских странах, в некоторых из них кровля до 100% жилых зданий решается за счет применения черепицы.

Черепица, имея долговечность до 300 лет, по этому показателю значительно превышает любые другие кровельные материалы, а по текстурным качествам и по стоимости не уступает им.

Изделия санитарные керамические - умывальники, унитазы, сливные бачки, биде, писсуары, раковины и другие аналогичные изделия производятся из фарфоровых, полуфарфоровых, фаянсовых и шамотированных масс, которые получают из одинаковых материалов.

Трубы керамические канализационные применяют для строительства безнапорных сетей канализации, транспортирующих промышленные, бытовые, дождевые, агрессивные и не агрессивные воды.

К специальным керамическим изделиям относятся кирпич для дымовых труб, клинкерный кирпич и кислотоупорные изделия. Кирпич для дымовых труб применяется для кладки дымовых труб и обмуровки промышленных труб в случае, если температура нагрева их дымовыми газами не превышает 700 °С.

Лекция 12. Стеклянные материалы

Стекло и другие плавленые материалы и изделия получают из минеральных силикатных расплавов, сырьем для которых служат распространенные горные породы и некоторые побочные продукты промышленности.

Минеральные расплавы в зависимости от исходного сырья разделяются на следующие группы: стеклянные, каменные, шлаковые, ситаллы и шлакоситаллы.

Материалы из расплавов обладают высокими показателями долговечности, химической стойкости к воздействию агрессивных сред, отличными декоративными свойствами, а некоторые из них и прозрачностью.

Из минеральных расплавов, получают изделия самого различного назначения: листовые светопрозрачные, конструкционные, отделочные, облицовочные, трубы специальные, тепло- и звукоизоляционные.

Стеклом называют все аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплавов, независимо от их химического состава и температурной области затвердевания, обладающие в результате постепенного увеличения вязкости механическими свойствами твердых тел, причем процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное должен быть обратимым.

Листовые светопрозрачные и светорассеивающие стекла.

Листовое стекло - основной вид стекла, используемый для остекления оконных и дверных проемов, витрин и внутренней отделки зданий.

Оконное стекло производится трех марок: полированное, неполированное улучшенное, неполированное. Оконное стекло производится толщиной от 2,0 до 6,0 мм максимальных размеров в зависимости от толщины от 1000×1600 мм, а минимальных 400×500 мм.

Витринное стекло производится двух марок: М7 - полированное и М8 - неполированное, толщиной 6,5-12 мм и максимальных размеров 3000×6000 мм.

Армированное листовое бесцветное и цветное стекло для устройства световых проемов, фонарей верхнего света, ограждений в зданиях и сооружениях различного назначения. Закаленное стекло является безопасным, так как при разрушении распадается на мелкие осколки с тупыми нережущими краями. В строительстве применяют для устройства дверей, перегородок, потолков.

Многослойное стекло (триплекс), армированное или неармированное, состоит из нескольких листов стекла, прочно склеенных между собой прозрачной эластичной прокладкой, чаще всего из поливинилбутирольной пленки. При ударе оно не дает осколков и является безопасным.

Теплопоглощающее стекло предназначено для защиты интерьеров зданий от воздействия прямого солнечного излучения и уменьшения солнечной радиации в помещениях.

Теплоотражающее стекло применяется для нагрева помещений от солнечных и тепловых лучей.

Электропроводящее стекло применяется в строительстве для стеклопакетов, используемых как источники тепла.

Кроме листового светопроницаемого стекла в строительстве применяются светопрозрачные изделия и конструкции: стеклоблоки, стеклопрофилит, стеклопакеты, стеклобетонные конструкции и стеклянные трубы.

Блоки стеклянные пустотелые применяются для устройства наружных и внутренних ограждений, которые помимо хорошей светопропускающей способности имеют хорошие тепло- и звукоизоляционные свойства.

Профильное стекло (стеклопрофилит) представляет собой погонажные длинномерные светопрозрачные изделия, применяемые для устройства светопрозрачных ограждений и самонесущих стен, внутренних перегородок и прозрачных плоских кровель в зданиях различного типа.

Стеклопакеты - изделия, состоящие из двух или более листов светопропускающего стекла, соединенные между собой по контуру таким образом, что между ними образуются герметически замкнутые прослойки, заполненные сухим воздухом или другим газом. Они применяются для остекления окон и дверей, витрин, зенитных фонарей зданий различного назначения.

Лекция 13. Металлические материалы и изделия

Металлические материалы — вид конструкционных искусственных материалов, широко используемых во всех отраслях народного хозяйства, в том числе и в строительстве.

К металлам относится значительная группа химических элементов — из 109 известных 82 являются металлами. Наиболее распространены: алюминий (А1) — в земной коре содержится 8,8 %, железо (Fe) — 5,1 %, кальций (Са) — 3,62 %, магний (Mg) — 2 %.

Остальные металлы (титан, натрий, цинк, олово, никель, свинец, кобальт, вольфрам, молибден, ванадий) содержатся в земной коре в малом количестве. Они не используются как конструкционные материалы, но имеют большое значение при получении сплавов.

В зависимости от состава и свойств металлические материалы подразделяются на два класса:

1)      материалы из черных металлов — железо и его сплавы, обладающие в зависимости от вида и количества примесей (углерода, марганца, никеля, хрома, титана и др.) различными свойствами. Черные металлы составляют 85...90 % всех металлов, применяемых в народном хозяйстве;

2)      материалы из цветных металлов — медь, свинец, цинк, алюминий, магний, олово и др., а также их сплавы.

Не окисляющиеся на воздухе металлы (золото, серебро, платина) называются благородными.

В строительстве главным образом используют черные металлы (сталь, чугун); в машино- и приборостроении, наряду с черными металлами, широко применяются цветные.

Для получения металлов используют руды, т.е. горные породы, содержащие металлы или их оксиды и гидраты оксидов. Различают руды металлические (железные, медные, свинцовые, цинковые и др.) и неметаллические (мышьяковые, баритовые, асбестовые и др.).

Чистое железо в природных условиях не встречается. Получаемое промышленное железо также не является химически чистым, а представляет собой сплав с углеродом и другими химическими элементами. В зависимости от содержания углерода сплавы делятся на две группы: стали (до 2,14 %) и чугуны (свыше 2,14 %). Сталь — ковкий железоуглеродистый сплав. Это один из основных конструкционных строительных материалов. Из нее изготовляют строительные конструкции, трубопроводы, арматуру для железобетона.

В зависимости от входящих в сплав химических элементов, стали бывают углеродистыми и легированными.

Углеродистая сталь, кроме железа и углерода, содержит до 1 % марганца, до 0,4 % кремния, а также примеси серы и фосфора. Если количество примесей не превышает заданного верхнего предела, то стали называют нормальными.

Легированные стали — стали, в которые вводятся в небольшом количестве легирующие элементы: хром, никель, марганец, кремний, вольфрам, молибден, ванадий, кобальт, азот, алюминий, медь и др. Легирование повышает прочность стали, что позволяет уменьшить расход металла. Так, например, легирование стали марганцем позволяет сэкономить 15 % металла, поскольку при этом существенно повышается предел текучести (350 МПа у легированной стали против 240 МПа у углеродистой).

Поскольку в строительстве очень широко используется сварка, одним из основных требований, предъявляемых к строительным сталям, является их свариваемость, т.е. способность образовывать качественный, не содержащий трещин шов. Свариваемость ухудшается с увеличением содержания углерода, так как углерод делает сталь хрупкой, что увеличивает вероятность образования трещин в процессе сварки. Поэтому к строительным относятся главным образом малоуглеродистые стали (с содержанием углерода 0,1...0,25 %) марок СтО, Ст1, Ст2, СтЗ. Эти стали поставляются в горячекатаном состоянии и широко используются при строительстве мостов, газо- и нефтепроводов, различных ферм и т.д. В том случае, если сварка не производится, могут использоваться стали с более высоким содержанием углерода, а следовательно, с более высокими прочностными свойствами.

Чугун — это железоуглеродистый сплав с содержанием углерода 2,14...6,67 %. В состав чугуна входят марганец, сера, кремний и фосфор. Основная масса чугуна идет на производство стали. Кроме того, его применяют как самостоятельный конструкционный материал.

В зависимости от формы связи углерода в сплаве различают белый и серый чугун.

Белый чугун содержит углерод в химически связанном состоянии в виде карбида железа Fe3C. Этот чугун обладает высокой твердостью и хрупкостью.

В результате отжига отливок из белого чугуна получают ковкий чугун, где углерод приобретает форму хлопьевидного графита. Ковкий чугун маркируют буквами КЧ, затем ставят числа, показывающие значение временного сопротивления (в кгс/мм2) и величину относительного удлинения (в %): КЧ 30-6, КЧ 60-3 и т.п.

Белый чугун хорошо сопротивляется износу, но плохо поддается обработке режущим инструментом. Белый чугун используется для получения ковкого чугуна и в строительстве применяется мало.

Серый чугун характеризуется тем, что углерод в нем находится в свободном состоянии — в виде пластинчатого или волокнистого графита. Такой чугун маркируют буквами СЧ и цифрами, показывающими гарантируемое значение временного сопротивления (в кгс/мм2): СЧ 15, СЧ 25, СЧ 35, СЧ 5. Для стальных конструкций в качестве опор применяются отливки из серого чугуна марок СЧ 15, СЧ 25, СЧ 30.

Лекция 14. Виды строительных изделий из металлов.

Металлы, как материалы, обладают комплексом ценных для строительной техники свойств - большой прочностью, пластичностью, свариваемостью, выносливостью; способностью упрочняться и улучшать другие свойства при термомеханических и химических воздействиях.

Из цветных металлов наибольшее применение в строительстве имеет алюминий, обладающий высокой удельной прочностью, пластичностью, коррозионной стойкостью и экономической эффективностью.

Серебро, золото, медь, цинк, титан, магний, олово, свинец и другие используются главным образом как легирующие добавки и компоненты сплавов и имеют поэтому специальное и ограниченное применение в строительстве (специальные виды стекла, уникальные объекты - мемориалы на Мамаевом кургане в Волгограде, на Поклонной горе, обелиск в честь покорения космоса в Москве и другие, в которых большое применение нашли титан, медь, и их сплавы; запорно-регулировочная арматура и устройства водопроводно-отопительных, электротехнических систем зданий и сооружений).

Для армирования железобетонных конструкций применяют стержневую и проволочную арматуру гладкого и периодического профиля и канаты из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, упрочненную закалкой с прокатного нагрева, холодной или теплой деформацией.

Основными конструктивными формами и назначением стальных конструкций являются: промышленные здания, каркасы и большепролетные покрытия общественных зданий, мосты и эстакады, башни и мачты, витражи, оконные и дверные заполнения, подвесные потолки и др.

Изделия из металла:

- сталь листовая-толстая горячекатаная толщиной 4-160 мм, длиной 6-12 м, шириной 0,5-3,8 м, поставляемая в виде листов и рулонов; тонкая горяче- и холоднокатаная, толщиной до 4 мм в рулонах; широкополочная универсальная толщиной 6-60 мм горячекатаная с обработанными, выровненными кромками;

- сталь профильная - уголки, швеллеры, двутавры, тавры, трубы и т.п., из которых компонуются различные симметричные сечения, обеспечивающие повышенную устойчивость и экономичность конструкций;

- трубы горячекатаные бесшовные круглые диаметром 25-550 мм и толщиной стенки 2,5-75 мм для радио- и телевизионных опор;

- трубы электросварные круглые, диаметром 8-1620 мм и толщиной стенки 1-16 мм; квадратного и прямоугольного сечения с размерами сторон от 60 до 180 мм и толщиной стенки от 3 до 8 мм. Трубы применяются в конструкциях облегченных кровель, фахверках стен, переплетах, витражах;

- холодногнутые профили, изготовляемые из ленты или полосы толщиной 1-8 мм. Основная область их применения - легкие экономичные конструкции покрытий зданий;

- профили разного назначения - оконные, дверные и фонарные переплеты, крановые рельсы, оцинкованный профильный настил, стальные канаты и высокопрочная проволока для висячих и вантовых покрытий, мостов, мачт, предварительно напряженных конструкций покрытий, труб, резервуаров и др. 

Из алюминия изготавливают: панели наружных стен и покрытий бескаркасного типа, подвесные потолки, сборно-разборные и листовые конструкции. Значительная часть экономического эффекта достигается за счет сокращения транспортных и эксплуатационных расходов в связи с повышенной коррозионной стойкостью и легкостью алюминиевых конструкций по сравнению с аналогичными конструкциями из стали и железобетона.

Лекция 15. Минеральные вяжущие

Вяжущими веществами называют материалы, способные в определенных условиях (при смешивании с водой, нагревании и др.) образовывать пластично-вязкое тесто, которое самопроизвольно или под действием определенных факторов со временем затвердевает.

Переходя из пластично-вязкого состояния в камневидное, вяжущие вещества могут скреплять между собой камни (например, кирпич) или зерна песка, гравия и щебня. Это свойство вяжущих используется для получения бетонов, строительных растворов различного назначения, силикатного кирпича, асбестоцемента и других безобжиговых искусственных каменных материалов.

Начало использования человеком вяжущих открыло новую эпоху в строительстве: вместо обтесывания камней строители с помощью вяжущих и камней произвольной формы могли делать любые конструкции, не беспокоясь о плотном прилегании одного камня к другому.

Современные вяжущие вещества в зависимости от состава делят на:

• неорганические (известь, цемент, гипсовые вяжущие и др.), которые для перевода в рабочее состояние затворяют водой (реже водными растворами солей);

• органические (битумы, дегти, синтетические полимеры и олигомеры), которые переводят в рабочее состояние нагревом либо с помощью органических растворителей, либо сами они представляют собой вязкопластичные жидкости.

В строительстве в основном используют неорганические (минеральные) вяжущие вещества.

Подавляющее число неорганических вяжущих способно твердеть самопроизвольно, без создания каких-либо условий. Однако находят применение и вяжущие, которые твердеют при определенных условия и при введении специальных добавок, например, вяжущие автоклавного твердения, способные твердеть только в среде насыщенного водяного пара при температуре 150...200°С и при повышенном давлении (в автоклаве). К последним относятся известково-кремнеземистые, известково-зольные, известково-шлаковые и другие вяжущие.

Главным качественным показателем вяжущих является отношение к воздействию воды. По этому признаку их делят на воздушные и гидравлические.

Воздушные вяжущие способны затвердевать и длительно сохранять прочность только на воздухе. По химическому составу можно выделить четыре группы воздушных вяжущих:

1 — известковые, состоящие, в основном, из гидрооксида кальция Са(ОН)2;

2 — гипсовые, состоящие из сульфата кальция (CaSO4 • 0,5Н2О или CaSO4);

3 — магнезиальные, главным компонентом которых служит MgO;

4 — жидкое стекло — раствор силиката натрия или калия. Последнее из-за способ­ности сохранять прочность в кислых средах называют кислотоупорным вяжущим.

Гидравлические вяжущие способны твердеть и длительное время сохранять прочность не только на воздухе, но и в воде. Причем, находясь в воде, они могут повышать свою прочность. По химическому составу гидравлические вяжущие представляют собой сложные систе­мы, состоящие в основном из соединений четырех оксидов: СаО - SiO2 - А12О3 - Fe2O3. Эти соединения образуют основные типы гидравлических вяжущих:

1) гидравлическая известь и романцемент;

2) силикатные цементы, состоящие преимущественно из силикатов кальция (портландцемент и его разновидности);

3) алюминатные цементы, состоящие в основном из алюминатов кальция (глиноземистый цемент и его разновидности);

4) вяжущие эттрингитового типа, основными компонентами которых являются алюминаты кальция и сульфат кальция (расширяющиеся и безусадочные цементы).

Главнейшие показатели качества вяжущих как воздушных, так и гидравлических,— прочность и скорость твердения.

Лекция 16. Органические вяжущие вещества

Органические вяжущие делятся на три основные группы: битумные, дегтевые и синтетические.

Все эти материалы носят характер смол — размягчаются и плавятся при нагревании.

Битум и деготь имеют черный или темно-бурый цвет; поэтому их иногда называют черными вяжущими.

Природные битумы как вяжущие материалы встречаются в основном в составе осадочных горных пород. Такие породы в молотом, оплавленном и отформованном виде называются асфальтовой мастикой (асфальтом).

Нефтяные жидкие и полутвердые битумы представляют собой продукт окисления тяжелых остатков перегонки нефти.

Каменноугольный деготь — побочный продукт коксования каменного угля — также выпускается в жидком или полутвердом виде.

Нефтяные битумы и каменноугольные дегти используются для изготовления рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов.

Рубероид представляет собой гибкий картон, пропитанный битумом. Покровный рубероид (для верхних слоев кровли) имеет такой же покровный слой. Такой же материал, только пропитанный битумом (без покровного слоя), называется подкладочным рубероидом (пергамин).

Аналогичные рубероиду и пергамину рулонные материалы, изготовленные на основе каменноугольного дегтя, называются соответственно толем и толькожей.

Мастика представляет собой смесь битума или дегтя с волокнистыми или пылевидными наполнителями (асбест, древесная мука, трепел, кварц и др.), повышающими теплостойкость мастики и расход вяжущего.

Различают мастики горячие, разжижаемые нагреванием, и холодные, разжижаемые растворителями.

Битумная и дегтевая мастика применяются при устройстве рулонных кровель из рубероида и толя, а также и самостоятельно — для гидроизоляции.

Асфальтовая мастика применяется для устройства асфальтовых полов, тротуаров, дорожных покрытий и т. д.

Синтетические смолы составляют основу пластмасс, которые применяют в строительстве ограниченно.

Лекция 17. Бетоны

Бетон – искусственный каменный материал, полученный в результате затвердевания тщательно подобранной смеси вяжущего, воды, мелкого и крупного заполнителей, а также специальных добавок. Вяжущие и вода образуют цементный камень. Заполнители – инертные (песок, щебень, гравий), составляют скелет бетона, уменьшают его усадку. Легкие заполнители уменьшают плотность и теплопроводность. Заполнителями являются щебень из местных горных пород, отходы производства (шлак); занимают 80–85 % объема бетона. В зависимости от вида заполнителей можно получать бетоны разной прочности, легкие, жароупорные и др. Кроме того, заполнители снижают стоимость бетона.

Состав бетонной смеси подбирают таким образом, чтобы при данных условиях твердения бетон обладал заданными свойствами (прочностью, морозостойкостью, плотностью и др.).

Классификация бетонов:

По средней плотности:	–             особо тяжелые, более 2500 кг/м3 (магнетит, барит, чугунный скрап); –             тяжелые, 1800–2500 кг/м3; –             легкие, 500–800 кг/м3; –             особо легкие (теплоизоляционные),  менее 500 кг/м3
По виду вяжущего:	–             цементные; –             силикатные (автоклавного твердения); –             гипсовые; –             асфальтобетоны; –             полимербетоны
По структуре:	–             плотные; –             поризованные (в цементном камне есть поры); –             крупнопористые (недостаток цементного вяжущего); –             ячеистые (газо- и пенобетоны)
По виду заполнителей:	–             тяжелые (щебень); –             легкие пористые (керамзит); –             виде газа и пены
По назначению:	–             конструкционные; –             гидротехнический; –             для стен и легких перекрытий; –             дорожный (для дорог, аэродромов); –             специальный (химически стойкий, жаростойкий, декоративный, особо  тяжелый, полимербетон)

Основные требования к конструкционному бетону: прочность, морозостойкость; гидротехническому: плотность, водонепроницаемость, морозостойкость, стойкость к выщелачиванию, малое тепловыделение при твердении; бетону для стен и перекрытий: малая плотность и теплопроводность, прочность; дорожному – малая истираемость, прочность на изгиб, морозостойкость.

Бетоны должны иметь расчетную прочность и минимальный расход цемента; бетонная смесь – обладать удобоукладываемостью. Получить соответствующий набор свойств бетона можно при соблюдении определенных требований к заполнителям, подбору состава, условиям приготовления, укладки, твердения. Для ускорения твердения широко применяется тепловлажностная обработка (пропаривание), сухой прогрев.

Лекция 18. Железобетон

Железобетон – это комплексный строительный материал, в котором бетон и арматура, соединенные взаимным сцеплением, работают под нагрузкой как единое монолитное тело. Бетон предназначается для восприятия преимущественно сжимающих усилий, а арматура – растягивающих.

К достоинствам железобетонных конструкций относятся:

•          высокая прочность:

•          большая долговечность;

•          высокая степень огнестойкости;

•          стойкость против атмосферных воздействий;

•          малые эксплуатационные расходы на содержание;

•          гигиеничность;

•          экономичность ввиду повсеместной доступности сырья.

К недостаткам железобетонных конструкций без предварительного напряжения относятся:

•          низкая трещиностойкость вследствие слабого включения в работу арматуры в период образования трещин, быстрое их раскрытие и быстрый рост прогибов;

•          нерациональность использования в железобетонных конструкциях без предварительного напряжения высокопрочной арматуры;

•          невыгодность использования бетонов повышенной и высокой прочности, поэтому железобетонные конструкции без предварительного напряжения обладают большой массой, что ограничивает величину перекрываемых пролетов;

•          большая трудоемкость при изготовлении;

•          большая звуко- и теплопроводность.

Виды железобетонных конструкций

1.         Сборные конструкции – конструкции, возведение которых на строительной площадке производят из заранее изготовленных элементов.

2.         Монолитные конструкции – конструкции, возведение которых осуществляют непосредственно на строительной площадке.

3.         Сборно–монолитные конструкции – комплексные конструкции, в которых сборный и монолитный железобетон, укладываемый на месте строительства, работает под нагрузкой как одно целое.

Надежное сцепление арматуры с бетоном, препятствующее сдвигу арматуры в бетоне, является основным фактором, обеспечивающим совместную работу арматуры и бетона в железобетоне.

Защитный слой бетона в железобетонных элементах необходим для обеспечения совместной работы арматуры с бетоном, защиты арматуры от внешних воздействий, высокой температуры, агрессивной среды и т.д.

Лекция 19. Строительные растворы

Строительный раствор - это искусственный камнеподобный материал, образовавшийся в результате затвердевания рационально подобранной, тщательно перемешанной и уложенной в соответствии с назначением смеси, состоящей из вяжущего мелкого заполнителя (песка), воды и специальных минеральных или органических добавок, придающих растворной смеси необходимые технологические, а затвердевшему раствору - требуемые строительно-технические свойства.

По виду вяжущего различают растворы цементные, известковые, гипсовые и смешанные (цементно-известковые, цементно-глиняные, известково-гипсовые).

По плотности различают: тяжелые растворы плотностью более 1500 кг/м³, изготовляемые обычно на кварцевом песке; легкие растворы плотностью менее 1500 кг/м³, изготовляемые на пористом мелком заполнителе и с породообразующими добавками.

По назначению различают строительный раствор: кладочные – для каменной кладки стен, фундаментов, столбов, сводов; штукатурные – для оштукатуривание внутренних стен, потолков, фасадов зданий; монтажные – для заполнения швов между крупными блоками, панелями при монтаже зданий и сооружений из готовых сборных конструкций и деталей; специальные – растворы – декоративные, гидроизоляционные, тампонажные.

Материалы для изготовления растворных смесей

Вяжущие вещества. Применяют портландцемент и шлакопортландцемент, принимают марку цемента в 3-4 раза выше марки раствора. Воздушную известь в виде известкового теста вводят в смеситель при изготовлении растворной смеси; реже используют молотую негашеную известь. Строительный гипс входит в состав гипсовых и известково-гипсовых растворов.

Пески применяют природные – кварцевые, полешпатовые, а также искусственные – дробленные из плотных горных пород и пористых пород; из искусственных материалов (пемзовые, керамзитовые, перлитовые). Для кирпичной кладки применяют растворы на песках с зернами не более 2 мм.

Пластифицирующие добавки. Чаще всего растворные смеси укладывают тонким слоем на пористое основание способное отсасывать воду (кирпич, бетоны легкие, ячеистые) Чтобы сохранить удобоукладываемость растворных смесей при укладке на пористое основание, в них вводят неорганические и органические добавки, повышающие способность удерживать воды.

Свойства строительных растворов

Удобоукладываемость – это свойство растворной смеси легко укладываться плотным и тонким слоем на пористое основание и не расслаиваться при хранении, перевозке и перекачивании растворонасосами. Она зависит от подвижности и способности смеси.

Подвижность смесей характеризуется глубиной погружения металлического конуса (массой 300 г) стандартного прибора. Подвижность назначают в зависимости от вида и отсасывающей способности основания. Для кирпичной кладки подвижность раствора составляет 9-13 см, для заполнения швов между панелями и другими сборными элементами – 4-6 см, а для вибрирования бутовой кладки – 1-3 см.

Водоудерживающая способность – это свойство растворной смеси сохранять воду при укладке на пористое основание, что необходимо для сохранения подвижности смеси, предотвращения расслоения и хорошего сцепления раствора с пористым основанием. От удобоукладываемости растворной сети зависит качество каменной кладки. Правильно подобранная растворная смесь заполняет неровности, трещины, углубления в кирпиче или камне, поэтому получается большая площадь контакта между раствором кирпичом (камнем), в результате прочность и монолитность кладки возрастает. Увеличивается долговечность стен.

Прочность при сжатии определяют испытанием образцов-кубиков с длиной ребра 7,07 см. Прочность смешанных растворов зависит от количества введенной в раствор извести или глины. Строительные растворы по прочности в 28-суточном возрасте при сжатии делят на марки: 4, 10 25, 50, 75, 100, 150, 200. Растворы марок 4 и 10 изготовляют на воздушной и гидравлической смеси и др.

Морозостойкость раствора для каменной кладки наружных стен и наружной штукатурки имеют марки по морозостойкости: F10, F15, F25, F35, F50.

Виды строительных растворов

Для каменной кладки наружных стен зданий применяют главным образом цементные и смешанные растворы (цементно-известковые и цементно-глиняные) марок 10, 25, 50 в зависимости от влажностных условий и требуемой долговечности здания. В кладке перемычек, простенков, карнизов, столбов марка может быть повышена до 100.

Монтажные растворы для заполнения горизонтальных швов при монтаже стен из легкобетонных панелей должны иметь марку не ниже 50, а для панелей из тяжелого бетона – не ниже 100.

Штукатурные растворы. Для наружных каменных и бетонных стен зданий применяют цементно-известковые растворы, а для оштукатуривания деревянных поверхностей в районах с сухим климатом используются известково-гипсовые растворы. Внутреннюю штукатурку стен и покрытий здания при относительной влажности воздуха помещений до 60% выполняют из известковых, гипсовых, известково-гипсовых и цементно-известковых растворов.

Фирма «Кнауф» (Германия) выпускает для отечественного рынка гипсовые штукатурные смеси «Гольдбанд» - для бетонных и кирпичных поверхностей и «Ротбанд» - для оштукатуривания потолков и стен из любых материалов. Эти смеси отличаются комплексом высоких технологических и эксплуатационных свойств.

Декоративные растворы предназначены для отделочных слоев стеновых панелей и блоков, наружной и внутренней отделки зданий.

Гидроизоляционные растворы для гидроизоляционных слоев и штукатурок обычно изготовляют состава 1:2,5 или 1:3,5 (цемент : песок по массе)/ цементы, сульфатостойкий портландцемент.

портландцемент, расширяющиеся

Рентгенозащитный раствор приготовляют на баритовом песке (ВаSO₄) предельной крупностью 1,25 мм, применяя портландцемент, или шлакопортландцемент. В него вводят добавки, содержащие легкие элементы: литий, бор и др.

Сухие смеси

Строительные сухие смеси – это композиции заводского изготовления на основе минеральных вяжущих веществ, включающие заполнители и добавки. В отдельных случаях в качестве вяжущего могут быть использованы водорастворимые или водоэмульгируемые полимеры. На место производства строительных работ сухие смеси доставляются в расфасованном виде, причем для их использования по назначению достаточно только добавить необходимое количество воды.

Сухие смеси по сравнению с товарными и бетонными смесями имеют ряд преимуществ: сокращение количества технологических операций для перевода сухих смесей в рабочее состояние; повышение качества строительных работ благодаря заводскому приготовлению смесей; сокращение транспортных расходов на 15%; сокращение отходов растворов на 5-7% в результате порционного приготовления; повышение производительности труда на 20-25% вследствие повышения пластичности растворов.

В настоящее время сухие смеси являются одним из направлений технического прогресса в строительстве, их применяют в качестве кладочных, монтажных и штукатурных растворов, шпатлевок, плиточных клеев, составов для наливных полов, ремонтных составов.

Вода для затворения сухих смесей не должна содержать вредных примесей.

Лекция 20. Добавки, регулирующие свойства растворных смесей. Противоморозные добавки

Для регулирования технологических свойств растворных смесей и эксплуатационных характеристик растворов в их состав вводят химические добавки:

- пластифицирующие, уменьшающие водосодержание и, как правило, улучшающие их водоудерживающую способность и понижающие расслаиваемость; растворы с такими добавками имеют повышенную прочность и морозостойкость;

- ускоряющие твердение растворов;

- улучшающие сцепление раствора с основанием;

- предотвращающие замерзание растворных смесей до затвердевания;

- придающие растворам специальные свойства: гидрофобизирующие, окрашивающие, повышающие водонепроницаемость, морозостойкость, кислотостойкость и др.

Эффективность применения добавок определяют по результатам испытаний по ГОСТ 30459 и устанавливают в соответствии с критериями эффективности, приведенными в таблице 1.

Таблица 1

Виды добавок	Показатели основного эффекта действия добавок	Критерий эффективности	Возможные дополнительные эффекты действия добавок
1 Добавки, регулирующие свойства готовых к употреблению бетонных и растворных смесей
Пластифицирующие-водоредуцирующие			При пластификации	При водоредуцировании
Суперпластифицирующие	Увеличение подвижности бетонной смеси от П1 (ОК = 2 - 4 см) или растворной смеси от Пк1 (Пк = 2 - 4 см) при снижении прочности бетона (раствора) во все сроки твердения не более чем на 5 %	От П1 до П5 От Пк1 до Пк4	Замедление схватывания смесей и твердения бетонов и растворов; повышение деформаций усадки и ползучести	Повышение прочности, снижение проницаемости; снижение деформаций усадки и ползучести бетонов
Сильнопластифицирующие		От П1 до П4 От Пк1 до Пк3
Пластифицирующие		От П1 до П3 От Пк1 до Пк2
Стабилизирующие	Снижение раствороотделения и водоотделения тяжелой бетонной смеси с маркой по удобоукладываемости П5, растворной смеси - Пк4, легкобетонной смеси - П3	В 2 раза и более	Увеличение подвижности смесей; замедление нарастания прочности бетона
Регулирующие сохраняемость подвижности	Увеличение или снижение времени сохраняемости первоначальной подвижности смеси	В 1,5 раза и более	Изменение кинетики тепловыделения и кинетики нарастания прочности бетона; образование высолов
Воздухововлекающие и газообразующие	Обеспечение увеличения объема воздуха (газа) в тяжелых, мелкозернистых, легких конструкционных бетонных и растворных смесях	На 1,5-5 %	Повышение подвижности; снижение растворо- и водоотделения смесей; повышение морозостойкости; снижение прочности; изменение водопоглощения и водонепроницаемости, снижение плотности бетонов и растворов
Воздухововлекающие, газо- и пенообразующие	Обеспечение в легких конструкционно-теплоизоляционных и теплоизоляционных смесях содержания объема воздуха (газа)	От 6 % до 30 %
Воздухововлекающие, газо- и пено-образующие	Обеспечение в ячеистых смесях содержания объема воздуха (газа)	От 15 % до 90 %
2 Добавки, изменяющие свойства бетонов и растворов
Ускорители твердения	Увеличение прочности в возрасте 1 сут:		Образование высолов; повышение электропроводности смесей, бетонов, растворов
	нормального твердения	На 50 % и более
	после тепловой обработки при снижении прочности бетона (раствора) в возрасте 28 сут не более чем на 5 %	На 30 % и более
Замедлители твердения	Снижение прочности в возрасте 3 сут при снижении прочности бетона (раствора) в возрасте 28 сут не более чем на 5 %	На 30 % и более	Снижение скорости тепловыделения
Повышающие прочность	Увеличение прочности в проектном возрасте	На 20 % и более	Снижение проницаемости бетона и раствора
Снижающие проницаемость	Увеличение марки по водонепроницаемости	На 2 марки и более	Повышение стойкости бетона к воздействию агрессивных сред
Стойкость против коррозии, вызванной реакцией кремнезема заполнителей с щелочами цемента и добавок	Снижение деформаций расширения	По ГОСТ 8269.0	Изменение реологических характеристик смеси; изменение прочности, проницаемости бетонов и растворов
Регулирующие процессы усадки и расширения	Снижение деформаций усадки и обеспечение деформаций расширения	Деформации расширения не менее 0,2 %	Повышение водонепроницаемости, прочности, трещиностойкости бетонов и растворов
3 Добавки, придающие бетонам и растворам специальные свойства
Противоморозные	Обеспечение твердения при отрицательных температурах	Набор прочности при отрицательной температуре в возрасте 28 сут не менее 30 % контрольного состава нормального твердения	Образование высолов; снижение времени сохраняемости удобоукладываемости смесей
Гидрофобизирующие	Снижение водопоглощения	В 2 раза и более	Замедление скорости схватывания и твердения; снижение прочности и тепловыделения; повышение морозостойкости и коррозионной стойкости бетонов и растворов
Повышающие стойкость к высолообразованию	Предотвращение образования высолов	Отсутствие высолов	Изменение реологических характеристик смесей; изменение прочности, проницаемости бетонов и растворов

Лекция 21. Строительные пластмассы

Пластмассы (пластические массы) или пластики – органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры).   Исключительно   широкое применение получили пластмассы на основе синтетических полимеров. Пластмассы под   действием   нагревания   и   давления   способны формироваться и сохранять после охлаждения или отвердения заданную форму.

Процесс формования сопровождается переходом пластически деформируемого (вязкотекучего) состояния в стеклообразное состояние.

Основные компоненты пластмасс:

1        Связующие вещества - это основной компонент пластмасс (эфиры целлюлозы, естественные смолы).

2        Наполнители – компоненты, вводимые в пластмассы с целью улучшения их механических и технологических свойств и вводятся в материал в виде порошков, волокон или листов (древесная мука, цемент, стеклянные и асбестовые волокна, бумага, хлопчатобумажные и стеклянные ткани и т.д.).

3        Модифицирующие добавки – отвердители-химические вещества, которые вводят в композицию для отверждения (в процессе производства) термопластических полимеров.

4        Окрашивающие вещества. Окраска пластмасс осуществляется путем введения красителей в массу материала.

К    пластмассам, используемым в    строительстве, относятся: стеклопластики, оргстекло, винипласт, полиэтилен, тепло-и звукоизоляционные материалы, древесные пластики.

Наименование полимера (полимерного материала)	Область использования
Гомополимерные конструкционно-функциональные  материалы
Поливинилацетат (ПВА)	В составе красок, покрытий, клеев, шпаклевок, штукатурок, для изготовления рулонного и листового гидроизоляционного материала, устойчивого к воздействию битума
Поликарбонаты (ПК)	Световые купола; жалюзи; остекления спортивных сооружений; стены душевых кабин; защитные каски и другие изделия
Полиэтилентерефталат (ПЭТФ)	Пленки прозрачные; гидроизоляционный листовой и рулонный материал, текстильное волокно
Поликомпонентные  конструкционно-функциональные материалы
Древесно-волокнистые пластики	В панелях перегородок потолков и в навесных панелях стен, обращенных внутрь помещений
Полимербетоны	При изготовлении крупноразмерных сборных элементов деталей стен и перил, санитарно-технических изделий в промышленном, гидротехническом, дорожном и подземном строительстве
Тепло- и звукоизоляционные материалы
Пено-    и   поропласты (вспененные пластмассы)	Тепло- и звукоизоляционные материалы; герметизация стыков между стеновыми панелями в трехслойных панелях- средний слой; шпон для отделки листовых и плиточных материалов; утеплитель в асбоцементных панелях, в производстве мебели
Сотопласты	В самонесущих и навесных ограждающих конструкциях здании и сооружений, в качестве среднего слоя трехслойных панелей
Древесно-волокнистые  и      древесно-стружечные плиты	В качестве тепло- и звукоизоляционных материалов
Теплоизоляционные полимербетоны	В качестве внутреннего слоя в легких навесных сте­новых панелях, ограждающих конструкциях
Стекло- и минераловолокнистые плиты на синтетических связующих	Для тепловой изоляции строительных конструкций (стен, перегородок, полов), промышленного оборудо­вания и трубопроводов
Материалы для полов
Материалы   рулонные,  плиточные, листовые	Для покрытий полов в жилых, общественных и про­изводственных зданиях
Материалы    для    бесшовных покрытий	Для покрытий полов в помещениях с агрессивными средами, мокрыми процессами, интенсивным движе­нием транспортных средств, при ударных нагрузках
Рулонные    материалы
Отделочные материалы листы, плиты и плитки	Для отделки стен, перегородок, потолков, дверей, изготовление различных видов мебели, солнцезащит­ных устройств
Погонажные      изделия и     архитектурно-строительные детали	При отделке стен, потолков, перeгородок., дверей, лестничных маршей, встроенной мебели, в конструкции полов
Лаки, краски и эмали	Для отделки внутренних помещений и фасадов зда­ний, встроенной мебели
Антикоррозионные материалы
Листовые,  плиточные и рулонные материалы	В качестве облицовки бетонных, кирпичных и других поверхностей строительных конструкций, резерву­аров, полов, бассейнов, эксплуатируемых в условиях воздействия агрессивных сред
Антикоррозийные мастики, замазки	В строительный конструкциях для защиты материалов и оборудования, эксплуатироваемого в условиях воздействия агрессивных сред
Лакокрасочные покрытия	Для защиты конструкций и оборудования от коррозии
Клеи и мастики
Клеи и мастики при креплении отделочных материалов	Для приклейки линолеума, отделочных плиток и ковровых полов на различные основания
Клеи для строительных конструкций	Для склеивания древесины, фанеры, древесноволокнистых и древесно-стружечных  плит, полимеров и металлов
Другие материалы на полимерной основе
Полимербетон	Для изготовления труб, несущих строительных конструкций, стоек, перемычек, опор контактной сети, шпал, плит, эстакад в химических производствах, решеток, несущих колонн

Лекция 22. Кровельные, гидроизоляционные, герметизирующие материалы

Здания и сооружения часто подвергаются воздействию атмосферных осадков, действию грунтовых вод и различным другим видам увлажнения. Защитить строительные конструкции от увлажнения можно с помощью кровельных и гидроизоляционных покрытий.

Кровельные материалы подвергаются периодическому увлажнению   и   высушиванию.   Воздействию   прямого   солнечного излучения, нагреву, замораживанию, снеговым и ветровым нагрузкам.

К кровельным материалам относятся — рубероид, пергамин, кровельные мастики. Рубероид — рулонный кровельный материал, изготовленный пропиткой кровельного картона мягкими нефтяными битумами с последующим покрытием его поверхности с одной (рубероид односторонний) или двух сторон (рубероид двусторонний) тугоплавким нефтяным битумом. Рубероид выпускается шириной 650—1050 мм, площадь полотна в рулоне 10 или 20 м².

Пергамин — изоляционный и кровельно-подкладочный рулонный материал, изготовляемый путем пропитки кровельного картона нефтяными битумами.

Стеклорубероид – рулонный кровельный и гидроизоляционный материал на стекловолокнистой основе, получаемый двухсторонним нанесением битумного вяжущего на стекловолокнистый холст.

Битумные кровельные мастики — строительный материал, приготовляемый из битумных вяжущих и применяемый для наклейки рулонных битуминозных материалов на различные поверхности (деревянные опалубки крыш, железобетонные плиты, кирпичные стены и пр.), для склеивания рулонных материалов при многослойных покрытиях и изоляциях, для защитного покрытия кровельных рулонных материалов. В зависимости от способа применения мастики бывают горячие и холодные.

Гидроизоляционные материалы. Эти материалы предназначены для защиты строительных конструкций и сооружений от воздействия воды, понижающего их прочность и долговечность, или агрессивных жидкостей (кислот, щелочей и пр.). Различают обмазочные, пластичные и оклеечные гидроизоляционные материалы.

К обмазочным гидроизоляционным материалам относятся горячие битумные мастики, битумные покраски, асфальтовый лак. Примерный состав горячих мастик: 65—80 % битума, 21—12 % пылевидного наполнителя и 14—8 % асбестового или органического волокна.

Обмазочные гидроизоляционные материалы применяются для защиты неответственных сооружений от капиллярной сырости, для внутренней изоляции резервуаров, изоляции напорных трубопроводов, а также для защиты конструкций от коррозии.

Борулин применяется для изоляции подземных трубопроводов, мостовых конструкций, стен подвалов, а также бассейнов и резервуаров. Он обладает хорошей изолирующей способностью и не растрескивается при деформациях сооружений.

Строительные герметики в основном предназначаются для герметизации стыков наружных стеновых панелей и блоков, усадочных и температурных швов в строительных конструкциях. Герметизирующие материалы должны быть влаго -, паро- и газонепроницаемыми, тепло- и морозостойкими и не должны изменять своих свойств в течение всего времени эксплуатации зданий. Таким требованиям могут удовлетворять как специальные мастики, так и эластичные прокладки, изготовляемые на основе стойких полимеров. Здесь остановимся только на герметиках, изготовляемых с применением битумов.

Лекция 23. Теплоизоляционные и акустические материалы

Теплоизоляционные материалы (ТИМ) – материалы, применяемые для изоляции промышленных и гражданских зданий, трубопроводов, технологического оборудования с целью уменьшения потерь в окружающую среду.

В строительстве тепловая изоляция позволяет:

1) уменьшить толщину ограждающей конструкции;

2) облегчить ее массу (в 3 раза), снизить примерно на 30% ее стоимость;

3) снизить в 2 – 2,5 раза расход основных СМ (кирпича, бетона);

4) уменьшить расход топлива в эксплуатационный период.

Классификация ТИМ:

1.      По виду основного сырья: неорганические (горные породы, шлаки, стекло, вяжущие вещества, асбест и др.), органические (древесина, торф, синтетические полимеры).

2.      По структуре: волокнистые (мин. вата, стекловолокно), ячеистые (пенопласты, пенобетон, пеностекло), зернистые (керамзит).

3.      По форме: рыхлые (вата, керамзит, перлит), плоские (плиты, маты, войлок), фасонные (цилиндры, полуцилиндры, сегменты), шнуровые (шнуры, жгуты).

4.      По содержанию связующего вещества: содержащие, несодержащие.

5.      По возгораемости: несгораемые, трудносгораемые, сгораемые.

Виды органических ТИМ

1. Фибролит

2. Арболит

3. ДВП, ДСП

4. Сотопласты

5. Ячеистые пластмассы

Акустические – материалы, способные уменьшать энергию звуковой волны, снижать уровень громкости внутреннего или внешнего звука. Применяются в ограждающих конструкциях (стены, перегородки), в кровельных покрытиях, междуэтажных перекрытиях. Для борьбы с шумом и переносом звука используют звукопоглощающие (активно поглощающие звук) и звукоизоляционные (снижающие уровень шума) материалы.

Звукопоглощающие - преобразуют звуковую энергию в тепловую в результате потерь на внутреннее трение в стенках пор или волокон материала. Виды звукопоглощающих материалов и изделий: минераловатные плиты, газобетонные плиты, гипсовые плиты с перфорацией и ребрами жесткости; штучные звукопоглотители (кубы, щиты, пирамиды); пустотелый глиняный кирпич, имеющий форму акустического резонатора; специальные штукатурки на пористых заполнителях; ткани, ковры, шкуры.

Звукоизоляционные - применяют для снижения уровня ударных и вибрационных шумов, передающихся через строительные конструкции. Виды звукоизоляционных материалов и изделий: упругие материалы волокнистого строения- маты и плиты полужесткие из минеральной и стекловаты; эластичные газонаполненные пластмассы; ДВП, пенопласты, пористые резиновые прокладки.

Акустические материалы должны обладать сравнительно большой открытой сквозной пористостью преимущественно разветвленного и сообщающегося характера или перфорацией. При такой структуре происходит гашение звуковых волн. П=40–90%, размер пор от 0,01 до 0,1 см.

Лекция 24. Лакокрасочные материалы

Лакокрасочные материалы — это многокомпонентные системы, которые при нанесении на поверхность изделия образуют пленку (лакокрасочное покрытие) с определенными свойствами (защитными, декоративными, специальными).

Основное назначение лакокрасочных материалов — защита строительных материалов от разрушения и коррозии, а также придание изделиям и конструкциям декоративного вида.

Классификация ЛКМ по применению

1. Материалы для наружных работ
2. Материалы для внутренних работ
3. Материалы для специальных работ

По применению лакокрасочные материалы делятся на материалы для наружных, внутренних и специальных работ. Они должны прочно связываться с основанием, не терять своих свойств при действии солнечных лучей, снега и дождя. Красочные композиции могут быть одно- или многокомпонентными.

Компоненты лакокрасочных материалов:

Пленкообразующие вещества (олифа, клеи, известь, жидкое стекло, цемент)- связующие (пленкообразующие) вещества в красочных составах «склеивают» частицы пигмента между собой и с окрашиваемой поверхностью, образуя тонкую пленку.

Пигменты (мел, охра, природная мумия, сурик железный, ультрамарин, перекись марганца (пиролюзит), графит, сажа, пудра алюминиевая, пудра золотистая) – тонкодисперсные цветные порошки, нерастворимые в олифе, воде и органических растворителях.

Растворители – летучие жидкости, применяемые для растворения полимерных связующих и придания малярной консистенции густотертым краскам. Это уайт-спирит, сольвент-нафта, ацетон, бензол, скипидар, дихлорэтан и др.

Разбавители – жидкости не растворяющие пленкообразующие вещества, а служащие только для уменьшения вязкости красочных составов, т.е. их добавляют для придания краске удобонаносимости.

Наполнитель (каолин, мел, молотый тальк, песок, пылевидный кварц, асбестовая пыль) – это минеральные порошки, нерастворимые в связующем. Их используют:

1. Для экономии дорогостоящих пигментов с высокой красящей способностью

2. Для улучшения малярно-технических и эксплуатационных свойств покрытий (повышают прочность, огнестойкость и др. свойства красочных составов).

Виды лакокрасочных материалов

1. Лаки – растворы пленкообразующих веществ в органических растворителях, образующих твердые прозрачные (обычно блестящие) пленки, прочно удерживающиеся на подложке. Большую часть лаков в настоящее время используют для получения эмалевых красок и грунтовок.

2. Масляные краски - представляют собой смесь пигментов и наполнителей, перетертых в краскотерках с олифой. Выпускают в виде густотертых красок, которые перед употреблением необходимо разводить олифой. Применяются внутри и снаружи для окраски и защиты дерева и металла.

3.       Эмалевые краски - получают путем введения пигментов и наполнителей в лаки. Наиболее употребляемыми являются алкидные, эпоксидные и мочевиноформальдегидные. Применяют для окраски по металлу, дереву, бетону, штукатурке внутренних и наружных поверхностей.

Вододисперсионные краски (водоэмульсионные, латексные краски) — краски, в которых водонерастворимое пленкообразующее и пигменты диспергированы в водной среде, образуя устойчивую суспензию.

4.      Грунтовка - материал, образующий нижний слой лакокрасочного покрытия и модифицирующий поверхность подложки с целью обеспечения прочного сцепления лакокрасочного покрытия с подложкой.

5.      Шпатлевки - пастообразные лакокрасочные материалы, применяемые для выравнивания поверхности перед нанесением на нее красок. Пигмент в них не обязателен.

Лекция 25. Строительные материалы для антивандальной защиты

Антивандальное покрытие — это средство, предназначенное для защиты поверхностей от внешнего воздействия. Такие покрытия являются востребованными и применяются в самых разных ситуациях. Покрытия используются как в частных домах, так и в квартирах. Все зависит от источника «загрязнения». Цель антивандальных покрытий — это не только защита, но и профилактика поверхностей.

Существует несколько видов антивандальных покрытий: краска; лак; штукатурка; обои.

Антивандальные краски — это один из видов защиты стен. Краска подходит для разных видов поверхностей: бетон, металл, кирпич, штукатурка и т.д. Используется для обработки внешних фасадов зданий и внутренней отделки помещений. По консистенции краска достаточно вязкая. В основе антивандальной краски лежит специальный состав. Антивандальная краска бывает двух видов — жидкая и порошковая.  Порошковая краска состоит из мраморной крошки с гранитом и клеем. Такой состав является одним из самых прочных на рынке. Наносится такой вид покрытия путем распыления. Антивандальная краска бесцветная. Благодаря этому она подойдет под любой интерьер и не изменит тон поверхности. Краска долговечна и устойчива к атмосферным перепадам. При применении краски на металлические поверхности, она оказывает антикоррозийный эффект. Покрытие выпускает влагу и ограничивает контакт с металлом.

Антивандальные обои чаще всего используются для отделки внутренних стен комнат. Обои прекрасно подойдут для владельцев животных. Они используются в детских комнатах, а также в помещениях с большим скоплением людей. Например, коридор или гостиная. Антивандальные обои клеят и в кухне. Именно в этом помещении наблюдается повышенная концентрация грязи и жира. Благодаря такому покрытию стены можно просто протирать даже с моющими средствами. Чаще всего в основе обоев лежит текстиль или бумага. Сверху же они покрываются специальным раствором из винила. Также бывают обои на основе флизелина и стеклоткани.

Антивандальная штукатурка также отличается своей экологичностью, износостойкостью и надежностью. Она подходит для самых разных покрытий. При нанесении штукатурка не имеет ярко выраженных специфических запахов. После высыхания не выделяет ядовитых веществ. Антивандальная штукатурка имеет большой спектр цветов, поэтому подойдет под любой стиль комнаты. Это покрытие имеет большое преимущество перед другими средствами. Штукатурку можно оформить под разные отделочные покрытия. Например, под мрамор или дерево. Антивандальная штукатурка наносится в несколько слоев, полируется и покрывается специальным воском.

Лекция 26. Общие сведения о зданиях и сооружениях.

Сооружением принято называть все, что искусственно создано человеком для удовлетворения материальных и духовных потребностей общества. Среди разнообразных сооружений особую группу составляют здания.

Здание - надземное сооружение, имеющее внутреннее пространство, предназначенное и приспособленное для той или иной человеческой деятельности (например, жилые дома, заводские корпуса, школы).

Все прочие надземные, а также подземные и подводные сооружения откосят к инженерным, т.е. «сооружениям, предназначенным для выполнения сугубо технических задач (мост, телевизионная мачта, туннель, метро, резервуар, дороги).

Внутреннее пространство здания разделяется на отдельные помещения. Помещение - огражденное со всех сторон пространство внутри здания, не имеющее подразделений (жилая комната, аудитория, коридор, цех).

Форма здания в плане, его габариты, а также размеры отдельных помещений, этажность и другие характерные признаки определяются в ходе его проектирования с учетом назначения.

Здания любого типа должны удовлетворять функциональным, техническим, художественным и экономическим требованиям.

Требование функциональной (технологической) целесообразности подразумевает соответствие здания тому процессу, для которого оно предназначено (удобство проживания, отдыха, труда).

Чтобы правильно запроектировать помещение, создать в нем оптимальную среду для человека, необходимо учитывать все требования, определяющие качество среды.

Качество среды зависит от таких факторов, как:

1. пространство для деятельности человека;

2. размещение оборудования;
3. состояние воздушной среды (температура, влажность, воздухообмен);
4. звуковой режим (обеспечение слышимости и защита от шумов);
5. световой режим;
6. видимость и зрительное восприятие;
7. обеспечение удобств передвижения и безопасной эвакуации людей.

Требования технической целесообразности здания определяются решением его конструкций, которое должно учитывать все внешние воздействия, воспринимаемые зданием в целом и его отдельными элементами.

Силы, действующие на здание непрерывно, называются постоянными нагрузками, действующие в отдельные отрезки времени, называются временными. К постоянным нагрузкам относится собственный вес здания, который состоит из веса конструктивных элементов, составляющих его несущий остов. Собственный вес действует постоянно во времени и по направлению сверху вниз. Напряжения в материале несущих конструкций в нижней части здания будут больше, чем в верхней. Все воздействие собственного веса передается на фундамент, а через него - на грунт основания.

К временным нагрузкам относится ветровая нагрузка. Ветер меняет как направление, так и скорость. Сильные порывы ветра создают ударное, динамическое воздействие на здание, что усложняет условия для работы конструкции. Снеговая нагрузка также относится к временным нагрузкам. Снеговой покров из-за ветра ложится неравномерно на кровлях, создавая асимметрическую нагрузку, которая вызывает дополнительные напряжения в конструкциях. К временным относится полезная нагрузка (от людей, технологического оборудования, складируемых материалов). К несиловым нагрузкам относят:

температурные воздействия (приводят к изменению линейных размеров конструкций);

воздействия атмосферной и грунтовой влаги (вызывают изменение свойств материалов конструкций);

движение воздуха (влияет на микроклимат в помещении);

воздействие энергии солнца (вызывает изменение физико-технических свойств материалов конструкций);

действие шума, нарушающее нормальный акустический режим помещения.

Кроме постоянных и временных существуют особые воздействия на здания. К ним относят: сейсмические нагрузки от землетрясения, взрывные воздействия, воздействия от неравномерных деформаций основания при замачивании просадочных грунтов и др.

По месту приложения усилий нагрузки разделяются на сосредоточенные (вес оборудования), и равномерно распределенные (собственный вес, снег).

По характеру действия нагрузки могут быть статическими, т.е. постоянными по величине во времени, например собственный вес конструкций, и динамическими (ударными), например порывы ветра.

Таким образом, на здание действуют различные по величине, направлению, характеру действия, месту приложения нагрузки. Может возникнуть такое сочетание нагрузок, при котором они все будут действовать в одном направлении, усиливая друг друга. Именно на такие неблагоприятные сочетания нагрузок рассчитывают конструкции зданий.

С учетом восприятия указанных нагрузок и воздействий здание должно обладать прочностью, устойчивостью и долговечностью.

Прочностью здания называется способность воспринимать воздействия без разрушения и существенных остаточных деформаций.

Устойчивостью здания называется способность сохранять равновесие при внешних воздействиях сопротивляться опрокидывающим и сдвигающим усилиям.

Долговечность означает прочность, устойчивость и сохранность нормальных эксплуатационных качеств здания и его элементов во времени.

Пожарно-техническая классификация строительных конструкций зданий и помещений основана на их разделении по свойствам, вызывающим опасные факторы пожара и его развитие, -- пожарной опасности, а по свойствам сопротивляемости воздействию пожара и его распространению - огнестойкости.

Показателем огнестойкости конструкций является предел огнестойкости, пожарную опасность характеризует класс ее пожарной опасности.

Экономическая целесообразность предусматривает оптимальные для заданного вида здания затраты труда, средств, времени на его возведение. Основными критериями экономичности являются единовременные капитальные вложения (экономичность при возведении здания), эксплуатационные расходы (экономичность в процессе эксплуатации), стоимость износа и восстановительная стоимость здания.

Экономичность архитектурно-конструктивных решений находится в прямой зависимости от целесообразности принятых технических решений, рациональности объемно-планировочных решений, умелого использования строительных ресурсов.

Лекция 27. Типизация и стандартизация в строительстве.

Основным способом строительства, обеспечивающим сокращение сроков, повышения качества и снижение его стоимости, является индустриализация.

Индустриализацией называют такую организацию строительного производства, которая превращает его в механизированный и автоматизированный поточный процесс сборки и монтажа здания из крупноразмерных конструкций, в том числе из укрупненных элементов с высотой заводской готовностью.

Типизацией называется техническое направление в проектировании и строительстве, которое позволяет многократно осуществить строительство как отдельных конструкций, так и целых зданий на основе отбора таких решений, которые при экспериментальном применении оказались лучшими и с технической и с экономической стороны. Соответственно проекты таких решений называют типовыми.

Типовыми бывают проекты отдельных зданий и сооружений, проекты блок секций жилых зданий, унифицированная секция одноэтажного промздания, отдельных конструктивных элементов.

Но более перспективным является направление, при котором здание комплектуется из типовых сборных конструкций и деталей.

Применение типовых сборных конструкций и деталей возможно в том случае, если промышленный регион выпускает изделия, обеспечивает их взаимозаменяемость и универсальность.

Под взаимозаменяемостью понимается возможность замены одного изделия другим без изменения параметров здания (плиты перекрытия 1,2 м и 2,4 м).

Под универсальностью же подразумевается возможность применение одних и тех же изделий, и деталей для зданий различных видов, и назначения.

Для осуществления работы по типизации и стандартизации деталей и конструкций необходима предварительная работа по унификации их параметров.

Унификацией называется установление целесообразной однотипности объемно – планировочных и конструктивных решений зданий и сооружений, конструкций, деталей оборудования, с целью сокращения числа типов размеров и обеспечения взаимозаменяемости и универсальности изделий.

Унификация позволяет применять однотипные изделия в здания различного назначения. Она обеспечивает массовость и однотипность конструктивных элементов, что способствует рентабельности заводского изготовления.

Лекция 28. Понятие о проектировании гражданских зданий

Строительство зданий осуществляется по типовым, индивидуальным и экспериментальным проектам.

Проектом называют комплект технических документов, характеризующих намеченное к строительству здание, сооружение или комплекс.

Типовой проект предназначен для многократного применения. При его разработке должны быть учтены все экономические, эксплуатационные требования, природно-климатические условия района строительства, требования высокого уровня объемно-планировочного и конструктивного решения. При применении типового проекта разрабатывают проект привязки. При привязке типового проекта перерабатывают конструкции фундаментов с учетом гидрогеологических и топографических условий площадки; проектируют подключения к сетям водоснабжения, теплофикации, канализации и др.; рассчитывают толщину ограждающих конструкций, число отопительных приборов в зависимости от расчетной зимней температуры; заменяют отдельные конструктивные элементы на индустриальные конструкции и детали, выпускаемые местными предприятиями строй индустрии; определяют сметную стоимость объекта.

Чертежи типового проекта в процессе привязки корректируют. При значительных изменениях выполняют расчеты и разрабатывают новые чертежи.

Индивидуальный проект разрабатывают для строительства сложных и уникальных зданий и их комплексов.

Проекты экспериментального строительства предназначены для возведения зданий новых типов и их проверки в эксплуатационных условиях с целью последующего внедрения в массовое строительство.

Исходным документом для начала проектирования является задание на проектирование, которое составляет заказчик вместе с проектной организацией. Задание на проектирование содержит необходимые данные о назначении задания, его габаритах, описание района строительства, геодезический план участка, сроки начала и окончания строительства, применяемые конструкции и материалы. На основе задания и СНиП составляют программу проектирования, содержащую перечень помещений здания, их площади, особые требования к ним и к зданию в отношении объемно-планировочного, архитектурно-художественного и конструктивного решений.

Проектирование может осуществляться в две или одну стадию.

Двухстадийное проектирование выполняется для составления типовых проектов и индивидуальных сложных зданий, и сооружений.

На первой стадии разрабатывают собственно проект со сводным сметным расчетом. В состав проекта входят: пояснительная записка; схема генерального плана с нанесением проектируемых и существующих зданий; ситуационный план; основные чертежи здания: планы подвала, типового и неповторяющихся этажей, фасады, характерные разрезы, сведения о технологии и организации строительства, сметы.

На второй стадии на основе утвержденного проекта разрабатывают рабочую документацию со сметами, по которым и будут осуществляться строительно-монтажные работы.

Одностадийное проектирование осуществляется для зданий с несложным техническим решением и при привязке типовых проектов к условиям места строительства. На основе задания на проектирование составляют рабочий проект со сводным сметным расчетом. Рабочий проект предназначен для рассмотрения и утверждения проектного задания, для производства строительно-монтажных работ.

Лекция 29. Конструкции гражданских зданий.

Все конструктивные элементы здания можно разделить на несущие и ограждающие. Такое деление связано с назначением этих элементов, с условиями их работы в структуре здания при восприятии нагрузок и воздействий, которым они подвергаются в ходе строительства и в процессе эксплуатации.

Назначение несущих конструкций здания - воспринимать все виды нагрузок и воздействий силового характера, возникающих в здании, и передавать их через фундаменты на грунт. Такими конструкциями являются, например, фундаменты, стены.

Назначение ограждающих конструкций здания - изолировать пространство здания от внешней среды, разделять пространство на отдельные помещения и защищать их от всех видов воздействий несилового характера. Примерами таких конструкций могут служить перегородки, кровля, окна.

Ряд конструктивных элементов выполняют одновременно несущие и ограждающие функции, например, наружные и внутренние несущие стены одновременно могут являться вертикальными опорами для плит перекрытия и ограждающими конструкциями.

Основные конструктивные элементы гражданских зданий.

Фундамент - подземная часть здания, воспринимающая нагрузки от вышележащих конструкций и передающая их на грунт.

Стены - вертикальные ограждения, защищающие помещения от воздействия окружающей среды и отделяющие одно помещение от другого. По своему назначению и месту расположения в здании делятся на наружные и внутренние. Стены нередко выполняют несущие функции. По характеру воспринимаемых нагрузок стены могут быть: несущие - воспринимающие нагрузки от собственного веса и опирающихся на них конструкций, передающие нагрузку на фундамент; самонесущие - воспринимающие нагрузку только от собственного веса в пределах высоты здания и передающие нагрузку на фундамент; навесные - воспринимающие нагрузку от собственного веса (в пределах этажа) и передающие ее на междуэтажное перекрытие.

Отдельные опоры - несущие вертикальные элементы (колонны, кирпичные столбы), передающие нагрузки на фундамент от вышерасположенных элементов.

Перекрытия - горизонтальные несущие конструкции, разделяющие здание на этажи и передающие нагрузку на стены и отдельные опоры. В зависимости от месторасположения в здании перекрытия делятся на междуэтажные, надподвальные, чердачные.

Ригели - горизонтальные конструктивные элементы, воспринимающие нагрузку от перекрытия и передающие ее на колонну.

Перегородки - внутренние ненесущие стенки, разделяющие смежные помещения.

Лестницы - конструкции, служащие для сообщения между этажами, а также для эвакуации людей из здания; бывают внутренние и наружные. Внутренние лестницы располагают в помещениях, называемых лестничными клетками. Конструкция лестниц включает марши, площадки и ограждение.

Крыша - завершающая часть здания, защищающая помещения и конструкции здания от воздействия внешней среды. Она состоит из водонепроницаемой оболочки -- кровли и поддерживающих ее несущих элементов. По конструктивному решению могут быть: чердачными, имеющими пространство между перекрытиями верхнего этажа и крышей; бесчердачными (совмещенными).

Окна - светопрозрачные ограждения, предназначенные для освещения и проветривания помещения; они состоят из устанавливаемых в проемах коробок и оконных переплетов.

Двери - подвижные ограждения для сообщения между помещениями; состоят из дверных коробок и дверных полотен.

К конструктивным элементам здания относятся также ряд дополнительных: эркеры, лоджии, балконы, веранды, приямки и т.д.

Для обеспечения необходимых эксплуатационных и санитарно-гигиенических условий гражданские здания оборудуются санитарно-техническими и инженерными устройствами. К ним относятся: отопление, водоснабжение, водоотведение, вентиляция, мусоропровод, газификация, телефонизация и т.д.

Лекция 30. Основания и фундаменты

            Фундамент – это подземная часть сооружений, которая воспринимает нагрузку от его надземной части и передает ее на основание.

            Геологические породы, залегающие в верхних слоях земной коры и используемые в строительных целях, называют грунтами.

            Основанием называют массив грунта, расположенный под фундаментом и воспринимающий нагрузку от здания. Основания бывают двух видов: естественные и искусственные.

            Естественным основанием называют грунт, залегающий под фундаментом и способный в своем природном состоянии выдержать нагрузку от возведенного здания.

            Искусственным основанием называют искусственно уплотненный или упрочненный грунт, который в природном состоянии не обладает достаточной несущей способностью по глубине заложения фундамента.

Основания и фундаменты

            Таким образом, проектирование оснований и фундаментов должно включать в себя обоснованный расчетом выбор типа основания (естественное или искусственное); типа конструкции, материала и размеров фундаментов (глубина заложения, размеры, площади подошвы и т.д.), а также мероприятий, применяемых при необходимости уменьшения влияния деформаций основания на эксплуатационную пригодность и долговечность сооружения.

            Конструирование   фундаментов (класс   бетона, выбор   арматуры, определение размеров отдельных его частей и т.п.)  относится к курсу железобетонных конструкций. Основания подразделяются на:

1. Скальные-массивная горная порода, обладающая большой прочностью и малой сжимаемостью.

2. Грунтовые-раздробленная горная порода (минерально-дисперстное образование) – результат физического и химического выветривания массивных горных пород.

            Грунтовое основание обладает большой сжимаемость и малой прочностью, что необходимо учитывать при проектировании.

Лекция 31. Глубина заложения фундаментов; факторы, от которых она зависит.

            Минимальная глубина заложения фундамента зависит от нескольких ключевых факторов: — от характера грунта;

— от уровня грунтовых вод;

— от уровня промерзания грунта;

— от капитальности здания;

— от конструктивных особенностей здания (наличие подвалов, нескольких этажей, фундаментов примыкающих зданий).

            Наименьшая допустимая глубина заложения фундамента 50 см от поверхности планировки.

            Для одноэтажных промышленных зданий без динамических нагрузок и кранов, а также для гражданских и жилых зданий высотой не более двух этажей, в случае промерзания грунта на 70 см и более, нижняя часть фундамента может быть заменена на подушку из щебня, гравия, крупного или среднезернистого песка. В этом случае высота верхней каменной части фундамента должна быть не менее полуметра. Если в качестве подушки используется среднезернистый песок, то основание подушки должно превышать уровень грунтовых вод. Когда фундамент или фундаментная подушка закладывается на пылеватом или мелком песке, суглинке, глине или супеси, все перечисленные грунты основания должны быть хорошо защищены от попадания воды с поверхности. Для этого необходимо устроить вокруг здания водоотводные лотки или отмостки. Глубина заложения такого фундамента должна превышать расчетную глубину промерзания грунта. Фундаменты внутренних колонн и стен отапливаемых зданий закладываются вне зависимости от глубины промерзания грунта и уровня грунтовых вод. Однако глубина заложения таких фундаментов не должна быть менее 50 см. Если фундаменты внутренних стен закладываются выше стен наружных фундаментов, возникает необходимость заложить основание против промерзания. Такое основание закладывается как в период строительства, так и после его окончания.

            Согласно СНиП, фундаменты закладываются в зависимости от степени промерзания грунтов. Глубину промерзания грунта определяют по формуле:

Dfn = d₀√Mt

Где d₀ - коэффициент, величина которого отличается для разных видов почвы:

• Глинистый и суглинистый грунт - 0,23;
• Супесь, мелкий песчаный грунт - 0,28;
• Средняя и крупная песчаная почва - 0,30;
• Скальной грунт - 0,34;

√Mt - это квадратный корень всех минусовых месячных температур в регионе за один календарный год. Узнать среднемесячные температуры в конкретных регионах России можно в приложении 5.1 к СниП №23-01-99 "Строительная климатология".

Расчетная ГПП, на основании которой будет определятся глубина заложения фундамента, высчитывается по формуле:

            Df = Kh×Dfn

Где Dfn - уже рассчитанная нами величина нормативного промерзания, а Kh - коэффициент, который отличается для отапливаемых и неотапливаемых зданий.

Лекция 32. Стены и отдельные опоры

            Стены являются важнейшими конструктивными элементами зданий.

            Стены должны удовлетворять следующим требованиям: быть прочными и устойчивыми; соответствовать степени огнестойкости здания, иметь группу возгорания и предел огнестойкости не ниже нормативных; обеспечивать поддержание необходимого температурно-влажностного режима в помещениях; обладать достаточными звукоизолирующими свойствами; быть экономичными, т.е. иметь минимальные расход материала, массу единицы площади, наименьшие трудозатраты и расход средств; отвечать архитектурно-художественному решению.

            Стены классифицируют по следующим признакам: по местоположению: наружные и внутренние; по характеру работы: несущие, воспринимающие нагрузку от опирающихся на них конструкций покрытия или перекрытия; самонесущие, воспринимающие нагрузки от вышерасположенных стен; навесные, выполняющие только ограждающие функции; по конструкции и способу возведения стены делят на четыре группы: из мелкоштучных элементов (кирпич), из крупных камней (блоков), монолитные, крупнопанельные; породу применяемых материалов: каменные, деревянные, из синтетических материалов.

            Кладка из кирпича. Кладкой называют конструкцию, выполненную из отдельных камней (естественных или искусственных), швы между которыми заполняются строительным раствором (известково-цементным, цементно-глиняным или цементным). Прочность кладки зависит от прочности камня и раствора, от системы перевязки вертикальных швов между камнями, а также от воздействия влаги, температур, ветра, коррозии. Кирпичные стены выполняют из керамического и силикатного кирпича. Стандартный кирпич имеет размеры 120 × 65 × 250 мм. Применяют также полуторный кирпич, имеющий высоту 88 мм.

            Стены из мелких бетонных блоков и природного камня. Пустотелые керамические камни (блоки) обладают меньшей теплопроводностью, чем кирпич, что позволяет уменьшить толщину наружных стен. Кроме того, объем таких камней вдвое превышает объем кирпича, что снижает трудоемкость кладки и дает экономию раствора. Наибольшее распространение получили семи-щелевые керамические камни. Их предпочтительней укладывать в стены тычком, так как при этом щели располагаются перпендикулярно тепловому потоку. В этом случае кладку выполняют по цепной перевязке. Если камни уложить ложком, пустоты будут расположены параллельно тепловому потоку и в них может возникнуть циркуляция воздуха, снижающая теплозащитные свойства стены. Природные камни пористой структуры (известняки-ракушечники, туф) предназначают для кладки стен отапливаемых зданий. Кладку ведут из пиленых камней правильной формы 390 × 190 × 188 (288) мм и 490 × 240 × 188 мм. Кладка ведется по цепной или трехрядной системе перевязки. Стены имеют красивый внешний вид и не требуют оштукатуривания или облицовки.

            Отдельные опоры. В качестве опор в здании используют кирпичные столбы, сборные железобетонные колонны, стойки из асбестоцементных труб.

            Кирпичные столбы квадратного или прямоугольного сечения (минимальное сечение 510 × 380 мм) выкладывают из кирпичей высокой марки и на растворе марки не ниже 50 с обязательной перевязкой швов в каждом ряду. Для увеличения их несущей способности кладку армируют сеткой из проволоки диаметром 5--6 мм с размерами ячеек 100-150 мм через 2-4 ряда кладки. Нередко для повышения несущей способности таких опор их заключают в сварной каркас из уголков и полос стали с последующим оштукатуриванием по металлической сетке. В каждом этаже на уровне конструкций перекрытий (прогонов) на кладку столба под их концы укладывают железобетонные плиты.

            При значительных нагрузках вместо каменных столбов применяют железобетонные колонны, которые вместе с прогонами образуют каркас здания. Опирание прогонов на колонны осуществляется путем приварки стальных закладных деталей, имеющихся в теле прогона и колонны.

            Стойки из асбестоцементных труб с внутренней полостью, заполненной бетоном и арматурой, при небольших размерах поперечного сечения способны воспринимать значительные нагрузки

Лекция 33. Фасадные системы: вентилируемый фасад, «мокрый» фасад.

            Мокрый фасад. Так называемый фасадный пирог внешней отделки по мокрой технологии состоит из таких слоев:

-       Утеплитель, который крепится на несущую внешнюю стену дома или другого строения при помощи клея с последующей фиксацией дюбелями. В качестве теплоизолятора применяются листовые материалы с плотностью от 15 кг/м³: пенопласт, пенополистирол, прессованная минеральная вата.

-       Армирующий слой из клеевого состава и мелкоячеистой сетки.

-       Финишная отделка. Используются различные штукатурные смеси: декоративные, фактурные, цементные и другие составы.

            Все слои с соблюдением технологии монтируются последовательно друг на друга. Таким образом, получается прочная и монолитная конструкция, закрепленная на фасаде. Мокрая технология внешнего утепления обладает следующими преимуществами:

1. Повышается пожаробезопасность дома: штукатурные и клеевые составы не горят и защищают утеплитель, расположенный под ними.
2. Такая отделка имеет незначительный вес, поэтому может применяться для стен и фундамента со слабыми несущими способностями.
3. Простая технология монтажа.

            Вентилируемый фасад. Под вентилируемым фасадом подразумеваются системы (конструкции), которые монтируются на стену при помощи специальных кронштейнов и направляющих. Это целая система из анкеров и профилей, для монтажа которых требуются определенные знания и навыки. Все крепления выполняются механическим способом, клеевые или другие составы не применяются.

            Общая технология такой системы заключается в следующем:

-       На фасад крепятся кронштейны для крепления облицовки.

-       Затем при помощи дюбелей с тарельчатыми шляпками монтируется утеплитель. Чаще всего используются плиты минваты: они обладают хорошей паропроницаемостью.

-       Минеральная вата сверху накрывается специальной пленкой, пропускающей воздух в одном направлении: ветровой защитой.

-       После этого монтируются вертикальные и горизонтальные профили, на которые крепится декоративная отделка: панели из различных материалов. Например, панели из негорючего пластика или оцинкованного железа, фиброцементные или керамогранитные плиты.

            Отличие вентилируемого фасада от мокрой системы заключается в следующем. Между утеплителем и панелями отделки остается 2–3 см воздушного зазора. Такая особенность навесной системы позволяет эффективно отводить влагу и конденсат за счет восходящих конвекционных потоков, возникающих за облицовкой. Из-за этого такие системы и получили название вентилируемых фасадов. Из-за того, что такие системы имеют значительный вес (особенно при облицовке керамогранитом или плитами на основе цемента), монтаж навесных конструкций ограничен несущей способностью стен. Чаще всего такое утепление применяется для бетонных стен. Пеноблоки и другие ячеистые бетоны могут не выдержать значительной нагрузки, даже если кронштейны крепить насквозь с фиксацией при помощи шайб с внутренней стороны.

Краткое описание документа:

В сборнике освещены основные разделы:

1. Инженерно-геологические исследования строительных площадок

2. Строительные материалы и изделия

3. Архитектура зданий

Сборник лекций предназначен для более полного и ускоренного усвоения аудиторного материала общего курса студентами 2 курса по специальности 08.02.01 "Строительство и эксплуатация зданий и сооружений"