Изучая строительные материалы, их классифицируют по отраслям применения в строительстве, например кровельные (рубероид, асбестоцементный шифер, черепица); стеновые (кирпич, керамическая камни, ячеистые и шлакобетонные блоки, деревянный брус).
Для повышения эффективности строительства важным является снижение массы строительных конструкций. Это способствует снижению затрат на их перевозку, уменьшению мощности подъемно-транспортных средств, укрупнению строительных конструкций. Это направление реализуется увеличением производства легких металлических конструкций, легких бетонов на пористых заполнителях и ячеистых бетонов, а также производства особенно легких заполнителей, материалов из пластмасс и тому подобное.
Рост поверхности строящихся зданий, степени насыщенности их инженерным и технологическим оборудованием требует увеличения выпуска конструкций с высокой несущей способностью, в том числе с предварительно напряженной арматурой. Для защиты ограждающих конструкций от климатических факторов необходимые материалы из-малыми водопоглощением и теплопроводностью, высокими морозо- и огнестойкостью. Повышение уровня внутреннего благоустройства зданий и гигиенических требований по ним требует разработки специальных материалов для канализации и водостоков, которые имеют высокую коррозионную стойкость и водонепроницаемость.
Повышение эстетических требований к зданиям способствовало расширению ассортимента отделочных материалов.
Строительные материалы выполняют свои функции только тогда, когда они прогрессивные, то есть снижают материалоемкость конструкций, обеспечивая нужную прочность, если их изготовления уменьшает за траты труда, топлива и электроэнергии.
В современном строительстве целесообразно как можно шире использовать местные материалы, применяя для их изготовления техногенные отходы других производств (шлаки, золы, опилки и т.д.). Благодаря этому удается устранить проблему доставки строительных материалов на объекты за тысячи километров. Местные материалы (кирпич, дерево, природный камень) успешно заменяют железобетон, значительно удешевляют строительство, способствуют решению экологической проблемы и дают существенную экономию.
Номенклатура строительных материалов и изделий разнообразна, однако они органически взаимосвязаны общим функциональным назначением — использованием в строительстве. Основным критерием для сопоставления различных видов материалов являются их технические характеристики. Именно поэтому изучение курса «Строительные материалы» начинается с раздела «Основные свойства строительных материалов и изделий».
Выбирая материал, нужно учитывать класс здания или сооружения, его конструктивное назначение, а также действие внешних факторов (физических, химических и т.д.), под влиянием которых изменяются свойства строительных материалов.
В зависимости от назначения (для дорожных покрытий, теплоизоляции, гидроизоляции и т.д.) строительные материалы характеризуются определенным комплексом свойств, которые чаще всего задают в виде числовых величин, установленных нормативными документами — межгосударственными и государственными стандартами, техническими условиями или строительными нормами. Однако даже материалы одной по назначению группы (например, облицовочные), используемые в различных условиях (облицовка операционных, цехов химических предприятий, гидротехнических сооружений и т.п.), должны кроме общих для данной группы свойств иметь еще и специфические: повышенную гигиеничность, химическую стойкость, водостойкость тому подобное.
Свойства строительных материалов в значительной степени зависят от их структуры, химического, минералогического и фазового состава, на которые, в свою очередь, влияют условия образования их в природе или свойства сырья, а также особенности технологии изготовления и обработки искусственных строительных материалов.
В зависимости от строения (макроструктуры) материалы могут быть плотными (гранит, сталь), пористыми (пеностекло, ячеистые бетоны), пухкозернистимы (песок, щебень), слоистыми (фанера, слоистые пластики) и волокнистыми (шлаковата, древесина). Строение материала существенно влияет на его свойства. Например, чем больше пористость, тем более легкий материал, меньший коэффициент теплопроводности.
По структурным состоянием материалы разделяют на изотропные, что во всех направлениях имеют одинаковые свойства, поскольку частицы, из которых состоит материал, равномерно распределены в массе, и анизотропные, имеющих слоистую или волокнистое строение с определенной направленностью слоев (волокон), в связи с чем их свойства в разных направлениях различны. Например, коэффициент теплопроводности древесины дуба вдоль волокон составляет 0,4 Вт / (м • К), а поперек волокон — 0,2 Вт / (м • К).
Строительные материалы минерального происхождения могут находиться в кристаллическом и аморфном состояниях (микроструктура). Большинство природных и искусственных каменных материалов — это кристаллические тела, для которых характерно правильное размещение ионов (атомов, молекул) в виде пространственной решетки в отличие от аморфных, где атомы размещены хаотично. Это состояние также влияет на свойства материалов. Например, кремнезем кристаллический (кварц) является химически стойким материалом (кроме плавиковой кислоты), тогда как аморфный кремнезем (трепел) в обычных условиях реагирует с такой слабой основой, как Са (ОН) 2.
Для некоторых природных и искусственных каменных материалов характерно «явление полиморфизма, когда одна и та же вещество под действием определенных факторов может принимать различные модификаций (различных кристаллических форм). Например, кварц, который в природе обычно встречается в виде Р-кварца, с повышением температуры переходит из одной модификации в другую: при 573 ° С — в а-кварц, при температуре свыше 1050 ° С — в акристобалит, который при 1400 .. .1450 ° С переходит в стр-тридимит. Эти модификационные преобразования сопровождаются изменением объема, нужно учитывать, например, при обжиге кирпича.
На свойства строительного материала существенно влияет его состав.
Химический состав обычно характеризуется количеством оксидов (в процентном выражении), содержащиеся материал. По наличию тех или иных оксидов можно делать выводы о химической устойчивости, прочности, огнестойкости и других свойств материала.
Минералогический состав выражается видом и количеством минералов (химических соединений), которые образуют строительный материал минерального (неорганического) происхождения. Материалы могут быть моно- и полиминеральными. В последнем случае большое значение приобретает количественное соотношение минералов с различными свойствами. Изготавливая искусственные строительные материалы, можно регулировать это соотношение, то есть управлять их свойствами (разновидности портландцемента).
Фазовый состав характеризуется наличием в материале различных фаз: твердой (кристаллические и аморфные вещества), жидкой (вода) и газообразной (воздух). Твердые вещества образуют «каркас» материала, стенки пор, которые обычно заполнены воздухом и водой. Когда вода вытесняет воздух «потому происходит переход воды в твердое состояние (лед), тогда изменяются прочность и теплопроводность материала.
Свойства искусственных материалов можно регулировать в процессе их изготовления, меняя сырье, технологические параметры и оборудования, а также используя различные добавки. При этом, даже применяя один и тот же вид сырья, можно выпускать разные по свойствам строительные материалы. Например, с глинистой сырья можно производить полую керамический кирпич со средней плотностью 1350 кг / м³, а также легкий заполнитель бетона — керамзит со средней плотностью 350 кг / м³.
Чтобы определить свойства строительных материалов, их подвергают различным испытаниям в лабораториях на специальных машинах и приборах, используя также специальную измерительную аппаратуру, в результате испытаний получают конкретные числовые показатели, характеризующие свойства материала.
Чтобы облегчить изучение различных видов строительных материалов, их основные свойства можно классифицировать по отдельным группам.
Физические свойства можно разделить на следующие подгруппы:
структурно-физические, характеризующие особенности физического состояния материала: истинная плотность, удельный вес, средняя плотность, насыпная плотность, пористость, пустотность, строение и структура;
гидрофизические, обусловливающие реакцию материала на действие влаги: гигроскопичность, капиллярное всасывание, водопоглощение, водостойкость, влажность, водоотдача, водо- и паропроницаемостью, гидрофильность, гидрофобность, влаги деформации (набухание и усадка), морозостойкость;
теплофизические, определяющие реакцию материала на действие теплоты и огня; теплопроводность, теплоемкость, теплостойкость, термическая устойчивость, температурные деформации, температуропроводность, теплоусвоения, огнестойкость, огнеупорность, жаростойкость.
Физико-механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться разрушению под действием различных механических нагрузок: прочность (при сжатии, растяжении и изгибе), твердость, истираемость, сопротивление удару, сопротивление износу, деформативные свойства (упругость, пластичность, хрупкость, ползучесть, усталость, релаксация ).
Физико-химические свойства характеризуют взаимосвязь физического и химического состояний или химических процессов, которые происходят в строительных материалах: дисперсность, вязкость, пластичность минерального теста, когезия, адгезия, способность к твердения и эмульгирования.
Химические свойства отражают способность материала к химическим превращениям при взаимодействии с веществами, которые контактируют; с ним: устойчивость к действию минерализованных сред, кислото- и щелочестойкость, токсичность и др.
Технологические свойства определяют способность материала подвергаться технологической переработке при изготовлении, и последующей обработке: технологичность, полирувальнисть, дробимости. гвоздимисть, обрабатываемость, розпилюванисть, абразивность, расслаиваемость, слеживаемость и тому подобное.
Специальные свойства: декоративность (цвет, блеск, фактура), акустические свойства (звукопоглощение, звукопроницаемость, звукоизоляция), электропроводность, прозрачность, газопроницаемость, радиационная непроницаемость.
Эксплуатационные свойства характеризуют способность материала сопротивляться разрушительному действию внешних факторов: атмосферо- и повитростийкисть, биостойкость, коррозионная стойкость, старение, надежность и тому подобное.
Технические характеристики строительных материалов следует приводить в-Международной системе единиц (СИ) в соответствии с СН 528-80 «Перечень единиц физических величин, подлежащей применению в строительстве».