страница 1 страница 2 страница 3 ... страница 5 | страница 6
ВВЕДЕНИЕ
Жилые, общественные и производственные здания представляют собой сооружения, предназначенные для размещения людей и различного оборудования и защиты их от воздействия окружающей среды. Все здания состоят из одинаковых по назначению частей:
- фундамента - служащего основанием здания и передающего нагрузку от всего здания на землю;
- каркаса - несущей конструкции, на которой устанавливаются ограждающие элементы здания; каркас воспринимает и перераспределяет нагрузки и передает их на фундамент;
- ограждающих конструкций - изолирующих внутренний объем здания от воздействия внешней среды или разделяющих отдельные части внутреннего объема между собой; к ограждающим конструкциям относятся стены, перекрытия и кровли, причем в малоэтажных зданиях стены и перекрытия часто выполняют функцию каркаса.
С глубокой древности жилые и культовые сооружения возводили из природных материалов - камня и дерева, причем из них выполняли все части здания: фундамент, стены, кровлю. Такая вынужденная универсальность материала (других материалов не было) имела существенные недостатки. Строительство каменных зданий было трудоемко; каменные стены для поддержания в здании нормального теплового режима приходилось делать очень толстыми (до 1 м и более) по причине того, что природный камень - хороший проводник теплоты. Для устройства перекрытий и кровель ставили много колонн или делали тяжелые каменные своды, так как прочность при сжатии и изгибе камня недостаточна для перекрытия больших пролетов. У каменных зданий, правда, было одно положительное качество - долговечность. Менее трудоемкие и материалоемкие, но не долговечные деревянные здания часто разрушались при пожарах.
С развитием промышленности появились новые, разные по назначению строительные материалы: для кровли - листовое железо, позже - рулонные материалы и асбестоцемент; для несущих конструкций - стальной прокат и высокопрочный бетон; для тепловой изоляции - фибролит, минеральная вата и др.
На основе синтетических полимеров стали изготавливать высокоэффективные пластмассы, в том числе и строительного назначения: линолеум, декоративные листы и пленки, герметики, пенопласты и др.
Специализация и промышленное изготовление строительных материалов и изделий коренным образом изменили характер строительства. Материалы, а затем и изделия из них на стройку поступают практически в готовом виде, строительные конструкции стали легче и эффективнее (например, лучше предохраняют от потерь теплоты, от воздействия влаги). В начале XX в. началось заводское изготовление строительных конструкций (металлических ферм, железобетонных колонн), но только с 50-х годов впервые в мире началось массовое строительство жилых зданий из железобетонных элементов заводского изготовления (блочное и крупнопанельное строительство).
1. ОСНОВНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ИЗДЕЛИЙ И ЭЛЕМЕНТЫ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ, ПРОИЗВОДИМЫЕ В РЕСПУБЛИКЕ КАЗАХСТАН
1.1 Классификация и требования к строительным материалам
1.1.1. Классификация строительных материалов
Строительное материаловедение является наукой о строительных материалах и изделиях. Без достаточных знаний о многочисленных разновидностях строительных материалов, способах их производства и качественных показателях, методах их правильного хранения и использования невозможно проектировать и строить здания и сооружения, реконструировать или ремонтировать их, выполнять научно-технические разработки в области строительства.
Строительные материалы – это основа строительства. В общих сметах строительных объектов на стоимость материалов обычно приходится 50-65%, поэтому экономия при строительстве объекта во многом зависит от эффективности применения строительных материалов и изделий и правильного их выбора. Использование строительных материалов должно базироваться на прочных знаниях о производстве, показателях качества, методах проверки основных свойств материалов в лабораторных и производственных условиях, их эффективных областях применения. Успехи практики производства и применения строительных материалов во многом зависят от того, в какой мере она учитывает научные положения взаимосвязи состава и структуры (строения) материалов с их свойствами, а также, насколько уровень технологии и качественных показателей соответствует мировым достижениям в данной отрасли.
Наука и производство строительных материалов имеют глубочайшую историю развития. Возникновение науки и каждый этап ее развития всегда были обусловлены производством. В свою очередь, развитие производства являлось следствием возрастающих потребностей в материалах для строительства у общества.
Строительные материалы характеризуются химическим, минеральным и фазовым составами.
Химический состав строительных материалов определяет деление их на органические (древесные, битум, пластмассы и т.п.), минеральные (бетон, цемент, кирпич, природный камень и т.п.) и металлы (сталь, чугун, алюминий). Химический состав позволяет судить о других технических характеристиках (биостойкость, прочность и т.п.). Химический состав некоторых материалов (неорганические вяжущие, каменные материалы) часто выражают количеством содержащихся в них оксидов. Оксиды, химически связанные между собой, образуют минералы, которые определяют минеральный состав материала.
Минеральный состав показывает, какие минералы и в каком количестве содержатся в материале. Этот состав непосредственно определяет свойства материала. Например, большее содержание в портландцементе такого минерала, как алит, ускоряет твердение, повышает прочность цементного камня.
Фазовый состав (по агрегатному состоянию) пористого материала характеризует количество твердого вещества (твердой фазы), образующего стенки пор («каркас» материала), и пор заполненных воздухом (газовой фазой) и (или) водой (жидкой фазой). Соотношение между указанными фазами определяет баланс внутренних сил взаимодействия структурных элементов и во многом свойства материала.
Чтобы правильно выбрать материал, спроектировать и построить сооружение, надо хорошо знать свойства применяемых материалов.
Современная промышленность строительных материалов и изделий производит большое количество готовых строительных материалов и изделий различного назначения, например: керамические плитки для полов, для внутренней облицовки, фасадные, ковровую мозаику; рулонные и штучные материалы для устройства кровли, специальные материалы для гидроизоляции. Чтобы легче было ориентироваться в таком многообразии строительных материалов и изделий, их принято классифицировать. Наибольшее распространение получили классификации по назначению и технологическому признаку.
Исходя из условий работы материалов в сооружении, их по назначению можно разделить на следующие группы:
- конструкционные, которые воспринимают и передают нагрузки в строительных конструкциях;
- теплоизоляционные, основное назначение которых - свести до минимума перенос теплоты через строительную конструкцию и тем самым обеспечить необходимый тепловой режим помещения при минимальных затратах энергии;
- акустические (звукопоглощающие и звукоизоляционные) - для снижения уровня «шумового загрязнения» помещения;
- гидроизоляционные и кровельные - для создания водонепроницаемых слоев на кровлях, подземных сооружениях и других конструкциях, которые необходимо защищать от воздействия воды или водяных паров;
- герметизирующие для заделки стыков в сборных конструкциях;
- отделочные - для улучшения декоративных качеств строительных конструкций, а также для защиты конструкционных, теплоизоляционных и других материалов от внешних воздействий;
- специального назначения (огнеупорные или кислотоупорные и др.), применяемые при возведении специальных сооружений.
Некоторые материалы (например, цемент, известь, древесина) нельзя отнести к какой-либо одной группе, так как их используют и в исходном состоянии, и как сырье для получения других строительных материалов и изделий - это так называемые материалы общего назначения.
Трудность классификации строительных материалов по назначению состоит в том, что одни и те же материалы могут быть отнесены к: разным группам. Например, бетон в основном применяют как конструкционный материал, но некоторые его виды имеют совсем иное назначение: особо легкие бетоны - теплоизоляционные материалы; особо тяжелые бетоны - материалы специального назначения, используемые для защиты от радиоактивного излучения.
В основу классификации по технологическому признаку положены вид сырья, из которого получают материал, и способ изготовления. Эти два фактора во многом определяют свойства материала и соответственно область его применения. По способу изготовления различают материалы, получаемые спеканием (керамика, цемент) плавлением (стекло, металлы), омоноличиванием с помощью вяжущих веществ (бетоны, растворы), механической обработкой природного сырья (природный камень, древесные материалы).
Так как свойства материалов зависят главным образом от вида сырья и способа его переработки, в строительном материаловедении используют классификацию по технологическому признаку и лишь в отдельных случаях рассматриваются группы материалов по назначению.
1.1.2. Эксплуатационные требования к материалам
Чтобы здание или сооружение было прочным и долговечным, необходимо знать те агрессивные воздействия внешней среды, в которых будет работать каждая конструкция (рис.1.1). Зная эти воздействия и назначение конструкции, можно сформулировать требования к материалу конструкций (табл.1).
Материалы той для или иной конструкции выбирают таким образом. Чтобы их
Рис.1.1. Воздействие внешней среды на конструкции здания
свойства отвечали предъявляемым к ним требованиям.
Таблица 1.1
Основные требования к материалам строительных конструкций
Конструкции
|
Эксплуатационные факторы
|
Требования к материалу конструкции
|
Наружные:
|
кровля
|
Атмосферные влияния (дождь, снег, ветер, солнце), смена температур и влажности, находящиеся в атмосфере газы, биологическое воздействие (живые организмы), статические и динамические нагрузки (снег, ветер)
|
Прочность, плотность, водонепроницаемость, морозо- и биохимическая стойкость, небольшая собственная масса
|
стены
|
Те же атмосферные влияния, но в меньшей степени; разные температура и влажность с наружной и внутренней стороны стены; большие статические и динамические нагрузки
|
Тоже, а также высокие теплоизолирующие свойства и достаточная паропроницаемость
|
цоколь
|
То же, а также замораживание и оттаивание в насыщенном водой состоянии
|
Прочность, водо- и морозостойкость
|
фундамент
|
То же, а также действие грунтовых вод (растворы солей и слабых кислот); нагрузка от вышележащих частей здания
|
Прочность, водостойкость, коррозионная стойкость, водонепроницаемость
|
Внутренние:
|
каркас и несущие стены
|
Статические и динамические нагрузки, звуки и шумы (ударные и воздушные)
|
Прочность при минимальной массе, низкая звукопроводность
|
перегородки
|
Звуки и шумы (ударные и воздушные)
|
Звукоизоляционная способность при минимальной толщине, прочность
|
Перекрытия:
|
чердачные
|
Нагрузки, смена температур и влажности
|
Прочность, теплоизолирующая способность, водостойкость
|
междуэтажные
|
Статические и динамические нагрузки, шумы и звуки (ударные и воздушные)
|
Прочность, звуко- и теплоизолирующая способность при минимальной массе
|
полы
|
Удары, истирание, статические и динамические нагрузки; в специальных сооружениях — воздействие воды и агрессивных жидкостей
|
Низкое теплоусвоение, износостойкость, прочность, гигиеничность; в специальных сооружениях — коррозионная стойкость
|
1.1.3. Классификация основных свойств материала. Структурные характеристики материала.
В зависимости от характера работы материала в конструкциях и его взаимодействия с окружающей средой различают: а) физические свойства (удельные и структурные характеристики, гидрофизические, теплофизические, акустические, электрические); б) механические свойства (деформативные и прочностные); в) химические свойства; г) биологические свойства; д) интегральные свойства – долговечность и надежность. Свойства материала всегда оценивают числовыми показателями, которые устанавливают путем испытаний.
Физико-технические свойства используемых в строительстве теплоизоляционных материалов оказывают определяющее влияние на теплотехническую эффективность и эксплуатационную надежность конструкций, трудоемкость монтажа, возможность ремонта в процессе эксплуатации. Основными показателями, характеризующими свойства материалов, являются: плотность (не более 200–250 кг/м3), теплопроводность (расчетный коэффициент теплопроводности не выше 0,06–0,07 Вт/(м•К)), паропроницаемость, прочность на сжатие при 10% деформации для жестких изделий, сжимаемость и упругость для мягких и полужестких материалов, горючесть, морозостойкость, гидрофобность и водостойкость, биостойкость и отсутствие токсичных выделений при эксплуатации.
Основные структурные характеристики материала, во многом определяющие его технические свойства, - это плотность и пористость.
Плотность - физическая величина, определяемая массой вещества (или материала) в единице объема.
В зависимости от того, берется ли в расчет объем только самого вещества, из которого состоит материал, или весь объем материала с порами и пустотами, различают истинную и среднюю плотность.
Истинная плотность ρ (кг/м3) - масса единицы объема материала, когда в расчет берется только объем твердого вещества V (м3):
ρ = m/Va. ( 1 )
Таким образом, истинная плотность характеризует не материал, а вещество, из которого состоит материал, - это физическая константа вещества.
Значения истинной плотности вещества зависят в основном от его химического состава, и у материалов с близким химическим составом они различаются незначительно.
У каменных материалов как природных (песок, гранит, известняк), так и искусственных (кирпич, бетон, стекло), состоящих в основном из оксидов кремния, алюминия и кальция, истинная плотность колеблется в пределах 2500...3000 кг/м3.
Истинная плотность органических материалов, состоящих в основном из углерода, водорода и кислорода (битум, полимеры, масла), составляет 800... 1200 кг/м3. Относительно высокая истинная плотность у древесины - около 1500 кг/м3.
Большие различия в истинной плотности наблюдаются лишь у металлов (кг/м3): алюминий - 2700, сталь - 7850, свинец -- 11 300. Плотность воды - 1000 кг/м3.
Средняя плотность материала ρm (кг/м3) (далее мы будем называть ее просто плотностью) - физическая величина, определяемая отношением массы т (кг) материала ко всему занимаемому им объему Vест (м3), включая имеющиеся в нем поры и пустоты:
ρm = т / Vест. ( 2 )
Пористость - степень заполнения объема материала. Обычно пористость рассчитывают исходя из средней и истинной плотности материала. Пористость строительных материалов колеблется в пределах от 0 до 90...98 % (табл.1.2).
Таблица 1. 2
Истинная и средняя плотность и пористость некоторых строительных материалов
Материал
|
Плотность, кг/м3
|
Пористось, %
|
истинная
|
средняя
|
Гранит
Тяжелый бетон
К Кирпич
Древесина
П Пенопласта
|
2700...2800
2600...2700
2500...2600
1500...1550
950...1200
|
2600...2700
2200...2500
1400...1800
400...800
20...100
|
0,5...1
8...12
25...45
45...70
90...98
|
Пористость материала характеризуют не только с количественной стороны, но и по характеру пор: замкнутые и открытые, мелкие (размером в сотые и тысячные доли миллиметра) и крупные (от десятых долей миллиметра до 2...5 мм). Характер пор важен, например, при оценке способности материала поглощать воду. Так, полистирольный пенопласт, пористость которого достигает 98 %, имеет замкнутые поры и практически не поглощает воду. В то же время керамический кирпич, имеющий пористость в три раза меньшую (около 30 %), благодаря открытому характеру пор (большинство пор представляет собой сообщающиеся капилляры) активно поглощает воду.
Таблица 1. 3
Применение в конструкциях теплоизоляционных материалов
и их сравнительная цена
Показатели
|
Блоки и плиты
из пеностекла
FOAMGLAS®
|
Пенополиуретан
|
Экструдированный пенополистирол
|
Пенополистирол
«ПСБ-С»
|
Плиты из минеральной (базальтовой) ваты
|
Маты и плиты из стеклянного штапельного волокна
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
Применение
в конструкциях
|
Везде,
учитывая рабочий диапазон температур,
В системах: вентиляции, дымоудаления, водоснабжения (защита от коррозии и конденсата).
Стены подвалов (защита от грунтовых вод даже после усадки здания)
В любых кровлях, перекрытиях, полах (при повреждении гидроизоляции протечки не возникают)
В стенах (защита стены от промокания).
|
Стены, кровли
учитывая рабочий диапазон температур
пароизоляция обязательна,
оборудование вентилируемой воздушной прослойки
механический крепеж обязателен при применении плит.
В стенах
Конструкции должны учитывать термическое расширение.
|
Везде,
учитывая рабочий диапазон температур
Механическое крепление обязательно,
В стенах под штукатурку подготовка поверхности (снять поверхностную пленку).
На кровлях пригрузочный слой из гравия
Конструкции должны учитывать термическое расширение.
|
Не нагружаемые конструкции
учитывая рабочий диапазон температур
Механическое крепление обязательно, пароизоляция
В стенах.
Конструкции должны учитывать термическое расширение.
|
Не нагружаемые конструкции
Несущие каркасы, механическое крепление с антикоррозийным покрытием,
Пароизоляция с двух сторон,
оборудование вентилируемой воздушной прослойки обязательно.
При внутреннем утеплении пароизоляция со стороны помещения, вент. Зазор обязательно.
|
Не нагружаемые конструкции
учитывая рабочий диапазон температур,
Механическое крепление везде.
Для стен высотой до 8 м- 6…8 шт/м2; Выше -10-12 шт/м2
Пароизоляция обязательно, вентилируемая воздушная прослойка обязательна. При внутреннем утеплении пароизоляция со стороны помещения, вент. зазор обязательно.
|
Цена за 1 м3, в тенге
(Декабрь 2007 г)
|
78775-110470
|
От 21500 до 90000
(1 т сырья - 450000)
|
28000-35000
|
От 4600 до 17350
|
10885-43750
|
4800-31000
|
Например:
дополнительные расходы при монтаже плоских кровель, без учета стоимости основания и гидроизоляции
|
Пеностекло марки Т4
85115 т/м3
Битумный клей:
РС-56 -2588 р/ведро 28 кг (расход 3,5 кг/м2)
462,15 т/кг
|
Плиты в два слоя
Клей форпласт-ПК 1м/25 кг по 2625т/м,
Дюбеля по 15р/шт,
Пароизоляция два слоя «Тайвек» 245т. за 1м2 ,
армирующая сетка (геотекстиль по100 т/м2),
пригрузочный слой из гравия по 6000 т/м3
противопожарные рассечки СПБ-8к по 5620 м3
(для кровель более 400м2)
|
Плиты марка «35» по 27500 т/м3в два слоя
Клей форпласт-ПК 1м/25 кг по 2625т/м,
Дюбеля по 15р/шт
Пароизоляция «Тайвек» 245 т. за 1м2 ,
армирующая сетка (геотекстиль по100т м2),
пригрузочный слой из гравия по 6000 т/м3
противопожарные рассечки СПБ-8к по 5620 м3
|
ПСБ-С-50 по 15000 т/м3
Спец. Клей форпласт-ПК 1м/25 кг по 2625т/м,
Дюбеля по 75т.шт,
пароизоляция с двух сторон «Тайвек» 245т. за 1м2 ,
армирующая сетка (геотекстиль по100т. м2),
оборудование вентиляционного зазора (деревян. обрешетка лиственница по 9000 м3 и фанера 10 мм по 1100 т/м2) (аэраторов по 10000 т/шт
пригрузочный слой из гравия по 6000 т/м3
противопожарные рассечки - СПБ-8к по 5620 м3
|
«РУФ БАТТС В» по 49500 т/м3
«РУФ БАТТС Н» по 28000 т/м3
Увеличение толщины теплоизоляции для компенсации потерь из-за креплений в 1,5 раза. Спец. Клей для мин. Плит 1м/25 кг по 2725т/м, Несущий деревян. каркас по 45000т/м3, дюбеля по 75т/шт, пароизоляция с двух сторон «Тайвек» 245 т. за 1м2, оборудование вентиляционного зазора (деревян. обрешетка лиственница по 9000 м3 и фанера 10 мм по 1100 т/м2)и вентилей (аэраторов по 10000 т/шт) 1 шт на 100 м2
|
М-25 по 9000р/м3
Увеличение толщины теплоизоляции для компенсации потерь из-за креплений в 1,5 раза и усадки в 2,5 раз
Спец. Клей 1м/25 кг по 2725т/м,
Несущий деревян каркас по 45000т/м3,
дюбеля по 75т/шт,
пароизоляция с двух сторон «Тайвек» 245 т. за 1м2 ,
оборудование вентиляционного зазора (деревян. обрешетка лиственница по 9000 м3 и фанера 10 мм по 1100 т/м2) и вентилей (аэраторов по 10000 т/шт) 1 шт на 100 м2
|
Стоимость монтажа в % от стоимости материалов
|
По смете
От 5 до 25
|
По смете
От 22 до 60
|
По смете
30
|
По смете
35
|
По смете
30
|
По смете
45
|
Стоимость 1 м2 в тенге с учетом монтажных работ
|
21175-27080
|
11000-14000
|
10500
|
11000
|
21000
|
15000
|
Примечание:
При сравнении цен утеплителей необходимо учитывать стоимость всей конструкции, так как данные материалы не являются самонесущими и требуют дополнительных устройств для крепления, вентиляции, защиты и т.д.
Данные в таблицу внесены из открытых источников информации.
|
страница 1 страница 2 страница 3 ... страница 5 | страница 6
|