Илья Мельников
Строительные стекломатериалы и изделия

Введение

   Строительные материалы являются основой строительства. Для возведения зданий и сооружений требуется большое количество разнообразных строительных материалов, стоимость которых достигает почти 60 % всей стоимости строительно-монтажных работ. Промышленность строительных материалов представляет собой сложный комплекс специализированных отраслей производства, изготовляющих большое количество продукции.
   Качество строительных, в том числе и отделочных работ, зависит от тщательного выполнения их технологии, от того, насколько правильно применены строительные материалы. Знание возможностей и эффективности использования конкретных строительных материалов позволяет проектировать и возводить долговечные сооружения, удовлетворяющие современным техническим требованиям и эстетическим запросам. Виды строительных материалов и технология их изготовления изменялись вместе с развитием производственных сил и сменой производственных отношений в обществе. Простейшие материалы и примитивные технологии заменялись более совершенными, на смену ручному изготовлению пришло машинное.
   За тысячи лет до нашей эры в массовом строительстве использовали кирпич-сырец, в монументальных постройках – горный камень и лишь в конструкциях перекрытий и опор долгое время применяли дефицитное дерево. Так, для строительства в странах Востока в основном использовали, предварительно обработанную и для придания прочности смешанную с рубленой соломой, глину. Такой глиной обмазывали стены, из нее лепили крыши.
   Качество и долговечность сооружения существенно повышало применение высушенных или обожженных глиняных кирпичей. Со временем ассортимент строительных материалов расширялся и видоизменялся. Так, вместо традиционных мелкоштучных тяжелых материалов было организовано массовое производство относительно легких крупноразмерных строительных деталей и конструкций из сборного железобетона, гипса, бетонов с легкими заполнителями, ячеистых бетонов, бесцементных силикатных автоклавных бетонов и др. Широкое развитие получило производство гипсокартонных материалов улучшенного качества, звукопоглощающих и декоративных материалов, гидроизоляционных материалов и изделий. В современном строительстве расширяется использование эффективных видов металлопроката, изделий из древесины, керамических и неметаллических материалов.
   Быстрыми темпами развивается производство и применение в строительстве полимерных материалов различного назначения, пластмасс и смол. Создаются предприятия по выпуску теплоизоляционных материалов и легких заполнителей. Все больше в строительстве используется для наружной и внутренней отделки зданий стекло и изделия из него. Для этих целей изготавливают стекломрамор, цветное стекло, ситаллы, шлакоситаллы, мозаичные стеклянные плитки широкой цветовой гаммы. Растет выпуск и применение керамических облицовочных материалов за счет внедрения новых процессов декорирования, расширения гаммы цветных глазурей, создания рельефных рисунков и орнаментов. Увеличивается производство крупноразмерных плиток.
   Разнообразие конструктивных типов зданий и сооружений требует, чтобы сырье для производства строительных материалов было недорогим и пригодным для изготовления широкого диапазона изделий. Таким требованиям отвечают многие виды нерудного минерального сырья, занимающего по объему запасов значительное место среди полезных ископаемых, например, силикаты, алюмосиликаты и др. Добыча нерудного строительного сырья, залегающего в основном в верхней части осадочного покрова, является технологически несложной. По сравнению с другими обрабатывающими отраслями невысок и уровень затрат на переработку этого сырья из расчета на единицу массы готовой продукции.
   Наиболее эффективным является комплексное использование одного вида добываемого нерудного сырья для производства продукции различного назначения. Это подтверждается, например, внедрением метода переработки нефелинового сырья в глинозем для получения алюминия, содопродуктов и цемента. Значительный эффект дает и комплексная переработка сланцев в бензин, фенолы, цемент и серу. Промышленная отрасль производства строительных материалов является единственной отраслью, которая не множит, а потребляет промышленные отходы, такие как зола, шлаки, древесные и металлические отходы для получения изделий различного назначения. При изготовлении строительных материалов используют также побочные продукты – глину, щебень, песок и др., полученные при добыче руд и угля. Комплексное использование сырья является безотходной технологией. Эта технология позволяет осуществить природоохранные мероприятия и многократно увеличить эффективность производства.
   Постоянно возрастающий объем строительства, все возрастающие требования к его качеству требуют от строителей разных специальностей высококвалифицированного подхода, высокого уровня теоретических знаний и профессиональной подготовки, а также умелого сочетания их в повседневной работе.
   Целью книги является ознакомление специалистов в области строительства с основными строительными материалами, их многогранными свойствами и характеристиками, технологией изготовления, а также опытом использования для применения в практических делах. Материал изложен на базе последних достижений в сфере технологии изготовления строительных материалов и изделий, освещены основные направления их совершенствования.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

   В настоящее время с возрастанием экономического потенциала страны строительству и строительным материалам уделяется очень много внимания. Современное строительство характеризуется высоким развитием научно-технической базы, обеспечивающей быстрый рост разработки новых эффективных строительных материалов, совершенствования технологии их производства, стремлением перенести значительную часть строительных процессов в условия производства, что позволяет значительно облегчить и улучшить условия труда, сократить его затраты и снизить стоимость продукции. Чем шире ассортимент, выше качество и ниже стоимость строительных материалов, тем успешнее осуществляется строительство. В процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений строительные материалы, изделия и конструкции, из которых они возводятся, подвергаются различным физико-механическим, технологическим и химическим воздействиям. Поэтому от специалиста требуется умение со знанием дела правильно выбирать строительные материалы, изделия или конструкции, обладающие достаточной стойкостью, надежностью и долговечностью в конкретных условиях эксплуатации. Для этого необходимы специальные знания используемых материалов и изделий, перечень контролируемых свойств, их показатели, виды и классификации выпускаемой продукции.
   Чтобы легче разобраться в многообразии материалов, применяемых в строительстве, их классифицируют (разделяют) на группы, обладающие одним общим признаком. В основном применяют классификацию по технологическому признаку. В основу такой классификации положены вид сырья, из которого изготовляют материалы и производственная технология, обеспечивающая получение материала. Строительные материалы классифицируют:
   – по назначению (отделочные, конструкционные, гидроизоляционные, теплоизоляционные, акустические, герметизирующие, антикоррозионные);
   – по виду материала (древесные, каменные, полимерные, металлические, стеклянные, керамические и др.);
   – по способу получения (природные и искусственные).
   Природные строительные материалы добывают в местах их естественного образования (горные породы), или роста (древесина). Состав и свойства этих материалов в основном зависят от происхождения исходных пород и способа их обработки и переработки.
   Искусственные строительные материалы изготавливают из природного минерального и органического сырья (песка, глины, нефти, газа, известняка и т.д.) и промышленных отходов (шлаков, золы и др.) по специальной технологии. Полученные искусственные материалы приобретают новые свойства, отличные от свойств исходного сырья.
   Возможность использования материалов в строительных конструкциях и изделиях в значительной степени определяется его свойствам. Свойства материалов определяются составом и структурой материала. Структуру материала изучают на микроуровне при помощи микроскопов и на макроуровне – визуально.
   Микроструктура зависит от состава и может быть нестабильной, оцениваемой по вязкости и пластичности (лакокрасочные материалы, цементное тесто). Со временем она переходит в более устойчивую структуру: аморфную (стекло), характеризующуюся однородностью и хаотичным расположением молекул, или стабильную – кристаллическую (металлы, камень).
   Кристаллическая структура представляет собой кристаллическую решетку со строго определенным расположением атомов. Одним из основных показателей кристаллических решеток является прочность. На свойства материалов большое влияние оказывают форма, размеры и расположение кристаллов. Мелкокристаллические более однородны и стойки к внешним воздействиям. Крупнокристаллические материалы, например металлы, имеют большую прочность. Слоистое расположение кристаллов, как у сланцев, обеспечивает легкое раскалывание по плоскостям, что используется при получении отделочных плиточных материалов.
   Микроструктуру искусственно полученных материалов можно целенаправленно регулировать в зависимости от задаваемых свойств и назначений изделий.
   Макроструктура материала зависит от технологии получения материала и сырья. Так, стекло обладает плотной макроструктурой, пеносиликат – ячеистой, пластики – слоистой, песок и гравий – рыхлозернистой. Однако, имея одно и то же основное исходное сырье, например, глину, и изменяя технологию, можно получить облицовочные плитки плотной структуры, стеновой мелкопористый кирпич и теплоизоляционный ячеистый материал – керамзит.
   Свойства материалов условно разделяют на физические, механические, химические и технологические.
   Физические свойства характеризуют вещество и структуру материала, а также его способность реагировать на внешние воздействия, не вызывающие изменения химического состава и структуры материала. Основными из них являются:
   – общефизические свойства: плотность (истинная, средняя, насыпная), объемная масса, относительная плотность, пористость (общая, открытая, замкнутая);
   – гидрофизические свойства: влагоотдача, водопоглощение, морозостойкость, воздухостойкость, гигроскопичность, гидрофобность, гидрофильность, межзерновая пустотность, гидрофобность, влажность, водонепроницаемость, водостойкость, фильтрационная способность (водопроницаемость);
   – теплофизические свойства: теплопроводность, теплоемкость, термостойкость, жаростойкость, огнеупорность, огнестойкость;
   – акустические свойства: звукопоглощение, звукоизоляция, виброизоляция, вибропоглощение;
   – механические свойства: предел прочности на сжатие, растяжение, изгиб, твердость, износ, сопротивление удару, упругость, истираемость;
   – химические свойства: коррозионная стойкость, химическая активность, растворимость, кристаллизация;
   – технологические свойства: вязкость, пластичность, ковкость, свариваемость, гвоздимость, набухание и усадка, хрупкость и др.
   Кроме того, физические свойства включают и механические свойства, которые характеризуют поведение материала при действии на него различных нагрузок. К механическим свойствам относятся: сопротивление материала сжатию, растяжению, изгибу, упругость, пластичность, хрупкость и др.

Физические свойства строительных материалов

   Плотность. Плотность может быть истинной, средней, насыпной, относительной. Под истинной плотностью (кг/м куб.) понимают массу единицы объема абсолютно плотного материала без трещин, пор и пустот. Истинная плотность (кг/м куб.) для основных строительных материалов следующая: сталь, чугун 7800…7900; портландцемент 2900…3100; гранит 2700…2800; песок кварцевый 2600…2700; кирпич керамический 2500…2800; стекло 2500…3000; известняк 2400…2600; древесина 1500…1600.
   Средняя плотность – это масса единицы объема материла или изделия в естественном состоянии, то есть с пустотами и порами. Средняя плотность одного и того же материала может быть разной в зависимости от пористости и пустотности. Сыпучие материалы (цемент, щебень, песок и др.) характеризуются насыпной плотностью – отношением массы зернистых и порошкообразных материалов в свободном без уплотнения насыпном состоянии ко всему занимаемому ими объему, включая пространство между частицами.
   От плотности материала в значительной степени зависят его прочность, теплопроводность и другие свойства. Этими данными пользуются при определении толщины ограждающих конструкций отапливаемых зданий, размера строительных конструкций, расчетах транспортных средств и др. Значения средней плотности строительных материалов находятся в широких пределах.
   Средняя плотность (кг/м куб.) для некоторых строительных материалов следующая: сталь – 7800…7850; гранит – 2600…2800; бетон тяжелый – 1800…2500; кирпич керамический – 1600…1800; песок – 1450…1650; вода – 1000; бетон легкий – 500…1800; керамзит – 300…900; сосна – 500…600; минеральная вата – 200…400; поропласты – 20…100.
   Плотность материала зависит от его пористости и влажности. С увеличением влажности плотность материала увеличивается.
   Относительная плотность – это степень заполнения веществом объема материала. Относительную плотность выражают отвлеченным числом или в процентах.
   Пористость. Пористость материала характеризует объем, занимаемый в нем порами – мелкими ячейками, заполненными воздухом. Мелкие поры, заполненные воздухом, придают строительным материалам теплоизоляционные свойства. По величине пористости можно судить о примерной прочности, плотности, водопоглощении, долговечности и др. Для конструкций, от которых требуется высокая прочность или водонепроницаемость, используют плотные материалы, для стен зданий используют материалы со значительной пористостью. Такие материалы обладают хорошими теплоизоляционными и звукопоглощающими свойствами.
   Для рыхлых материалов при расчетах учитывают насыпную объемную массу. Пористость и относительная плотность в значительной степени определяют эксплуатационные качества материалов (прочность, водопоглощение, морозостойкость, теплопроводность). Значение показателя пористости строительных материалов колеблется от 0 (стекло, сталь) до 90 % (минеральная вата).
   Пустотность. Пустотность представляет собой количество пустот, образующихся между зернами рыхлонасыпного материала. Выражается в процентах по отношению ко всему занимаемому объему. Этот показатель важен для керамзита, песка, щебня при изготовлении бетона. В некоторых строительных материалах (кирпич, панели) имеются полости, также образующие пустоты. Пустотность пустотелого кирпича составляет от 15 до 50 %, песка и щебня – 35…45 %.

Гидрофизические свойства материалов

   Гигроскопичность. Гигроскопичность представляет собой свойство материала поглощать водяные пары из воздуха и удерживать их на своей поверхности. Она зависит от вида, количества и размера пор, от природы материала, от температуры воздуха и его относительной влажности. Когда влажность снижается, часть гигроскопичной влаги испаряется. Чем мельче поры, тем больше общая площадь поверхности, и следовательно, выше гигроскопичность. Материалы, притягивающие своей поверхностью воду, называют гидрофильными; материалы, отталкивающие воду называют гидрофобными.
   Водопоглощение. Водопоглощение является способностью материала впитывать и удерживать воду. Величина водопоглощения характеризуется разностью между массой образца, насыщенного водой и массой сухого образца. Водопоглощение строительных материалов изменяется в зависимости от объема пор, их размеров и вида. Различают объемное водопоглощение, когда указанная разность отнесена к объему образца, и массовое водопоглощение, когда эта разность отнесена к массе сухого образца.
   Массовое водопоглощение различных материалов колеблется в широких пределах. Так, массовое поглощение обыкновенного кирпича составляет от 8 до 20 %, бетона – 2 – 3 %, торфоплит – 100 % и больше. Вода, попавшая в поры материала, увеличивает его объемную массу и теплопроводность, уменьшает морозостойкость и прочность. Некоторые материалы, в частности, затвердевшие глиняные растворы, разрушаются в воде.
   Водопроницаемость. Водопроницаемость является свойством материала, характеризующим его способность пропускать воду под давлением. Она характеризуется количеством воды, прошедшей в течение 1 ч через 1 м кв. площади испытуемого материала при давлении 1 МПа. Это свойство учитывают при строительстве дамб, мостов, плотин и других гидротехнических сооружений. Сталь, стекло, большинство пластмасс, битум и другие плотные материалы водонепроницаемы.
   Влагоотдача. Влагоотдача представляет собой способность материала отдавать влагу при снижении влажности воздуха. Скорость влагоотдачи зависит от разности между влажностью материала и относительной влажностью воздуха. Чем разность больше, тем интенсивнее происходит высушивание. На влагоотдачу влияют свойства самого материала, характер его пористости, природа вещества. Материалы с крупными порами, а также гидрофобные материалы легче отдают воду, чем гидрофильные и мелкопористые. Влагоотдача строительного материала в естественных условиях характеризуется интенсивностью потери влаги при относительной влажности воздуха 60 % и температуре 20 0С.
   Воздухостойкость. Воздухостойкостью называется способность материала длительно выдерживать многократное увлажнение и высушивание без деформаций и потери механической прочности. Бетон, керамика и другие природные и искусственные каменные материалы, а также надводные части гидросооружений, дорожные покрытия, сжимающиеся при высыхании и расширяющиеся при увлажнении, разрушаются из-за возникновения растягивающих напряжений.

Теплофизические свойства

   Теплопроводность материала. Теплопроводностью называют свойство материала пропускать тепло через свою толщину. Теплопроводность материала принято характеризовать величиной коэффициента теплопроводности. Этот коэффициент показывает количество тепла в в килокалориях, проходящего за 1 ч через 1 м кв. материала толщиной 1 м при разности температур на ее противоположных поверхностях в 1 0С. Как правило, коэффициент теплопроводности выше для плотных материалов и ниже для пористых. Влажность материала резко (до 10 раз) увеличивает его теплопроводность, что объясняется значительной теплопроводностью воды. Когда влажные материалы замерзают, их теплопроводность возрастает еще значительнее.
   Морозостойкость. Под морозостойкостью понимают способность насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения, то есть не образуя трещин, выкрашивания, расслаивания, не теряя значительно прочности и массы. Вода, находящаяся в порах материала, превратившись в лед, увеличивается в объеме примерно на 10 %. При этом в материале возникают большие внутренние напряжения, которые постепенно его разрушают. Способность материала противостоять морозному разрушению зависит от присутствия в его структуре определенного объема замкнутых пор, в которые под давлением растущих кристаллов льда вода отжимается.
   Морозостойкость материала в строительстве количественно оценивается маркой F – числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые выдерживают образцы без снижения прочности на 5…25 % и массы на 3…5 % в зависимости от назначения материала. По морозостойкости установлены следующие марки: тяжелый бетон – F50…F500, легкий бетон – F25…F500, стеновые керамические камни, кирпич – F15…F100.
   Морозостойкими являются плотные или с малым водопоглощением (до 0,5 %) материалы. Морозостойкость характеризуется количеством циклов попеременного замораживания материала до температуры – 15 0С и оттаивания его в воде при температуре 20 0С. Прочность материала в результате этого понизиться не должна более чем на 20 %, а потеря массы – превысить 5 %.
   Огнестойкость. Огнестойкость является способностью материала выдерживать, не разрушаясь, воздействие огня и воды в условиях пожара. К строительным материалам (стены, перекрытия, колонны и др.) предъявляют требования по огнестойкости, которые зависят от категории здания по пожаробезопасности. Огнестойкость оценивают по показателю возгораемости. Этот показатель основан на нескольких признаках предельного состояния: потере несущей способности, которая выражается в снижении прочности и увеличении деформаций, а также теплоизолирующих свойств и сплошности.
   Предел огнестойкости материалов и конструкций характеризуется временем, выраженном в часах с начала теплового воздействия и до появления одного из признаков предельного состояния. По степени огнестойкости различают сгораемые, трудносгораемые и несгораемые материалы.
   Сгораемыми называют материалы, которые под действием огня или высокой температуры воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня (например, древесина, рубероид).
   Трудносгораемыми являются материалы, способные гореть, тлеть и обугливаться только при непосредственном действии на них источника огня или высокой температуры и прекращающие гореть после удаления этого источника (например, фибролит).
   Несгораемыми считаются материалы, которые не воспламеняются под действием огня или высокой температуры, а только разрушаются. К ним относятся бетоны, строительные растворы, кирпич, стеклянные и керамические плитки.
   Огнеупорность является свойством материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь. По степени огнеупорности строительные материалы подразделяют на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие. К огнеупорным относятся материалы, выдерживающие продолжительное воздействие температуры от 1580 0С и выше. Тугоплавкие выдерживают температуру 1350 – 1580 0С, огнеупорность легкоплавких материалов ниже 1350 0С.
   Жаростойкость. Жаростойкость – это способность материала выдерживать без разрушений определенное количество резких колебаний температуры – теплосмен. Теплосмены являются единицей измерения этого свойства.

Механические свойства строительных материалов

   Прочность. Прочность – способность материала сопротивляться разрушению под влиянием внутренних напряжений, возникающих в результате действия на материал внешних нагрузок или других факторов. В построенном здании почти все конструкции испытывают нагрузки (вес частей здания, вес оборудования, вес мебели и др.), вследствие чего в материалах конструкций возникают напряжения, противодействующие внешним силам.
   Основными показателями, характеризующими прочность материала, являются сопротивление сжатию, растяжению, изгибу. Прочность материала при сжатии и растяжении характеризуется его пределом прочности. Предел прочности, или временное сопротивление, – напряжение в материале образца, соответствующее нагрузке, при которой он разрушается.
   Предел прочности различных материалов при сжатии и растяжении меняется в широких пределах – от 0,5 до 1000 МПа и более. Для многих материалов предел прочности при сжатии резко отличается от предела прочности при растяжении. Одинаково хорошо сопротивляются сжатию и растяжению такие материалы, как сталь, древесина. Плохо сопротивляются растяжению каменные материалы: природный камень, кирпич, бетон и т.п.
   Примером прочности конструкции при изгибе может служить мост, доска через канаву, а также балка, на которую опираются плиты перекрытия, стропила крыши.
   Твердость. Твердость – это способность материалов сопротивляться проникновению в него другого более твердого тела. Твердость не всегда соответствует прочности материала. Существуют несколько способов определения твердости. Например, твердость каменных материалов оценивают шкалой Мооса, состоящей из десяти минералов, расположенных по степени возрастания их твердости. Показатель твердости испытуемого материала находится между показателями твердости двух соседних минералов, из которых один чертит, а другой сам чертится этим материалом.

Шкала твердости Мооса

   1 Тальк или мел (легко чертится ногтем).
   2 Гипс или каменная соль (чертится ногтем).
   3 Кальцит или ангидрит (легко чертится стальным ножом).
   4 Плавиковый шпат (чертится стальным ножом под небольшим нажимом).
   5 Апатит (сталь) (чертится стальным ножом под большим нажимом).
   6 Полевой шпат (слегка царапает стекло, стальным ножом не чертится).
   7 Кварц (легко чертит стекло, стальным ножом не чертится).
   8 Топаз.
   9 Корунд.
   10 Алмаз.
   Износ. Износ – это разрушение материала при совместном действии истирания и удара. Прочность при износе оценивается потерей в массе, выраженной в процентах. Износу подвергаются материалы дорожных покрытий, полов промышленных предприятий, аэродромов и др.
   Сопротивление удару. Сопротивление удару имеет большое значение для материалов, применяемых в дорожных покрытиях и полах. Испытание материалов на удар производят на специальном приборе – копре.

Технологические свойства строительных материалов

   Технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться тому или иному виду обработки. Так, древесина хорошо обрабатывается инструментами. Технологические свойства некоторых полимерных материалов включают способность сверлиться, обтачиваться, свариваться, склеиваться. Глиняные, бетонные и иные смеси обладают пластичностью, вязкостью, которые обеспечивают заполнение определенного объема.
   Вязкость. Вязкость – это сопротивление жидкости передвижению одного ее слоя относительно другого. Когда какой-либо слой жидкости приводится в движение, то соседние слои также вовлекаются в движение и оказывают ему сопротивление, величина которого зависит от температуры и вещественного состава. Вязкостные свойства важны при использовании органических вяжущих веществ, природных и синтетических полимеров, красочных составов, масел, клеев. При нагревании вязкость этих материалов снижается, при охлаждении – повышается.
   Упругость. Упругость является свойством материала восстанавливать после снятия нагрузки свою первоначальную форму и размеры. Пределом упругости считается напряжение, при котором остаточные деформации впервые достигают некоторой очень малой величины.
   Пластичность – способность материала деформироваться без разрыва сплошности под влиянием внешнего механического воздействия и сохранять полученную форму, когда действие внешней силы закончится. Все материалы делятся на пластичные и хрупкие. К пластичным относят сталь, медь, глиняное тесто, нагретый битум и др.

Акустические свойства строительных материалов

   Акустические свойства проявляются при действии звука на материал. Акустические материалы по назначению могут быть звукопоглощающие, звукоизолирующие, вибропоглощающие и виброизолирующие.
   Звукопоглощающие материалы. Звукопоглощающие материалы предназначены для поглощения шумового звука. Их акустической характеристикой является величина коэффициента звукопоглощения, равная отношению количества поглощенной материалом звуковой энергии к общему количеству звуковой энергии, падающей на поверхность материала в единицу времени. Как правило, такие материалы имеют большую пористость или шероховатую, рельефную поверхность, поглощающую звук. Строительные материалы, у которых коэффициент звукопоглощения выше 0,2, называют звукопоглощающими.
   Звукоизолирующие материалы. Звукоизолирующие материалы применяют для ослабления ударного звука, передающегося через строительные конструкции здания из одного помещения в другое. Звукоизоляционные материалы оценивают по двум показателям: относительной сжимаемости под нагрузкой в процентах и динамическому модулю упругости.
   Вибропоглощающие и виброизолирующие материалы предназначены для предотвращения передачи вибрации от машин и механизмов к строительным конструкциям.
   Ниже приводятся некоторые свойства строительных материалов.

Химические свойства строительных материалов

   Химические свойства характеризуют способность материалов реагировать на внешние воздействия, ведущие к изменению химической структуры, а также воздействовать в этом отношении на другие материалы. Основные химические свойства: растворимость и стойкость к коррозии (кислотостойкость, щелочестойкость, газостойкость).
   Растворимость. Растворимость – это способность материала растворяться в жидких растворителях: воде, керосине, бензине, масле и других, образовывая новые растворы. Растворимость зависит от химического состава веществ, давления и температуры. Показателем растворимости является произведение растворимости, представляющее собой предельное содержание растворенного вещества в граммах на 100 мл раствора при нормальном давлении и заданной температуре.
   Стойкость к коррозии. Стойкость к коррозии является свойством материала сохранять свои качества в условиях агрессивной среды. Такой средой могут быть вода, газы, растворы солей, щелочей, кислот, органические растворители, а также биологические организмы (бактерии, водоросли и т.п.). Древесина, пластмассы, битумы и некоторые другие органические материалы при обычных температурах относительно стойки к действию кислот и щелочей средней и слабой концентрации.
   Адгезия. Адгезия представляет собой соединение, сцепление твердых и жидких материалов по поверхности. Это свойство обусловлено межмолекулярным взаимодействием. Адгезионные силы сцепления очень важны при получении строительных материалов, состоящих из многих компонентов, например железобетон.
   Кристаллизация. Кристаллизия представляет собой процесс образования кристаллов из паров, растворов, расплавов при электролизе и химических реакциях, который сопровождается выделением тепла.
   Долговечность. Долговечность представляет собой способность материала сопротивляться комплексному действию атмосферных и других факторов в условиях эксплуатации. Старение – это процесс постепенного изменения, ухудшения свойств материалов в условиях эксплуатации.
   Знание этих и других свойств позволяет сравнивать материалы между собой и определять область их применения с учетом технико-экономической целесообразности. Так, в условиях эксплуатации гидротехнических сооружений строительные материалы, изделия и конструкции, из которых они построены, подвергаются периодическому или постоянному воздействию воды и агрессивных сред, поэтому к ним предъявляются повышенные требования по водостойкости, морозостойкости, водонепроницаемости, корроизонной стойкости и др.
   Многие материалы под влиянием водопоглощения ярко проявляют повышенные пластические свойства. Практика строительства показывает, что выбор технически целесообразного материала обосновывают не только его прочностные характеристики, но стойкость к воздействию внешней среды, в которой работает конструкция. Обычно эта стойкость материала во времени (долговечность) неразрывно связана с его химическими и физико-химическими свойствами. Физико-химические в свою очередь тесно связаны со структурой материала и зависят от ее изменения под влиянием внешних и внутренних факторов.
   Вследствие проникновения химических реагентов из внешней среды внутренние химические реакции с образованием новых соединений могут значительным образом отразиться на структуре. Изменение структуры (микроструктуры и макроструктуры) в первый период может привести к псевдоупрочнению, а в дальнейшем – к сокращению долговечности материала. Применяемый в строительстве материал обычно подвергают технологической обработке. Cпособность поддаваться такой обработке является порой решающим показателем при выборе материала. Так, при массовой заготовке щебня для бетонных работ учитывается способность горной породы дробиться без образования плоских щебенок, поэтому при выборе материалов всегда учитывают его способность реагировать на отдельные или взятые в совокупности следующие факторы: физические, механические, внешнюю среду, температуру и ее колебания, химические реагенты, технологические операции и т.д. Эта способность материала реагировать на указанные факторы определяется его свойствами.
   Оценить технические свойства и сравнить материалы между собой возможно по показателям, которые получают при испытании материалов в полевых, производственных или лабораторных условиях. Полученные знания основных технических свойств строительных материалов и изделий дают возможность рационально их использовать в строительстве. Например, по известным значениям истинной и средней плотности строительных материалов можно рассчитать, какой плотностью (или пористостью) обладают эти материалы, и составить достаточно полное представление о прочности, теплопроводности, водопоглощении и других важных характеристиках строительных материалов, чтобы в дальнейшем на этом основании решать вопрос об их применении в тех или иных сооружениях и конструкциях.
   Для расчета нагрузок при определении массы сооружений для транспортных расчетов и выбора емкости складских помещений необходимо знать величину средней плотности строительных материалов. Без данных о прочности применяемых материалов невозможны расчеты прочности и устойчивости сооружений и конструкций. Прогноз их долговечности невозможен без знания таких свойств материала, как отношение к влаге, воздействию окружающей среды, смене температур и др.
   Свойства материалов не остаются постоянными, а изменяются во времени в результате механических, физико-химических и биохимических воздействий среды, в которой эксплуатируется строительная конструкция или изделие. Эти изменения могут протекать и медленно (разрушение горных пород), и быстро (вымывание из бетона растворимых веществ). Следовательно, каждый материал должен обладать не только свойствами, позволяющими применять его по назначению, но и определенной стойкостью, обеспечивающей долговечную эксплуатацию изделия или конструкции.
   Знание основных свойств строительных материалов необходимо также для выполнения расчетов, позволяющих оценить их качество, соответствие техническим требованиям, возможность применения в конкретных условиях эксплуатации.
   Употребляемые в строительстве материалы должны удовлетворять определенным требованиям, которые устанавливаются государственными стандартами (ГОСТами). В строительстве соответствие поступающих материалов требованиям ГОСТа проверяют специальные лаборатории.
   Любой вид продукции обладает определенными свойствами, представляющими интерес для потребителей. Для строительных материалов важны такие качества, как прочность, плотность, теплопроводность, морозостойкость, стойкость по отношению к действию воды, агрессивных сред и др. Качеством называется сумма свойств, определяющих пригодность материала и изделия для использования по назначению. Так, для кровельных материалов оценка их качества производится по сумме таких свойств, как водостойкость, водонепроницаемость, термостойкость, прочность на изгиб, атмосферостойкость и др.
   Контроль качества строительных материалов и изделий проводят по разработанным нормам, требованиям и правилам. В зависимости от контролируемого производственного этапа различают контроль входной, технологический и приемочный.
   Входной контроль включает проверку соответствия поступающих материалов и изделий установленным требованиям. Например, на предприятиях сборного железобетона проверяют качество поступающих исходных материалов: заполнителей и цемента для бетона, арматурной стали, закладных деталей, отделочных и других материалов.
   Технологический контроль состоит в проверке соответствия установленным требованиям температуры, давления, времени выдерживания, тщательности перемешивания и других показателей технологического процесса.
   Приемочный контроль заключается в проверке соответствия готовых изделий требованиям стандартов или технических условий.
   Все материалы и изделия выпускают по государственным и межгосударственным стандартам – ГОСТ, СТ СЭВ, ИСО, СТБ, СНБ. Деятельность стандартизации существует для повышения качества продукции, безопасности ее получения и безопасности. Методы испытаний также стандартизированы. Кроме этого, в строительстве существуют «Строительные нормы» и «Технические нормативные правовые акты», представляющие собой объединенные нормативные документы по проектированию, строительству и строительным материалам.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ СТЕКЛОМАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Эксплуатационная характеристика строительных стекол

   В настоящее время стекло является одним из важнейших искусственных строительных материалов. Стеклом называют твердый аморфный материал, получаемый из переохлажденных жидких минеральных расплавов. Строительное стекло используют для:
   – остекления световых проемов в стенах;
   – фонарей;
   – устройства прозрачных и полупрозрачных перегородок;
   – отделки стен.
   Стеклоизделия выпускают в виде листового оконного и закаленного стекла, стеклянных труб, теплоизоляционных блоков из пеностекла и другие изделия. Номенклатура продукции: листовое стекло, конструкционные, облицовочные, звукоизоляционные и теплоизоляционные стеклянные изделия. Из стеклорасплавов и шлакорасплавов создают микрокристаллические материалы – ситаллы и шлакоситаллы, которые сочетают в себе аморфную и кристаллическую структуры.
   Изготовляют стекло из чистого кварцевого песка, известняка, доломита, кальцинированной соды, сульфата натрия и полевого шпата. Для придания стеклу повышенной термостойкости, прочности, химической стойкости, светорассеивания цвета в его состав вводят добавки.
   Одной из основных особенностей стекла является способность стекломассы поддаваться разнообразным способам формования. Ее можно заливать в форму, штамповать, прокатывать между вальцами, прессовать, выдувать изделия сложной конфигурации, вытягивать в листы, нити, трубки. Отформованные изделия охлаждают в специальных печах и камерах. При медленном охлаждении – отжиге – возникающие при формовке остаточные напряжения ослабевают до нормы, что обеспечивает длительную и надежную эксплуатацию стеклянных изделий.
   Если повторно нагреть полученное изделие, а затем его резко охладить, можно получить равномерно распределенные остаточные напряжения сжатия во внешних слоях и растяжения во внутренних. Такой режим охлаждения называют закалкой. Его применение обеспечивает стеклу повышенную механическую прочность при ударе и изгибе в 5…7 раз, термостойкость в 3…5 раз и твердость в 5…7 раз по шкале Мооса.
   При разрушении закаленного стекла образуются мелкие осколки с тупыми нережущими краями. Если в исходную шихту ввести некоторые добавки, например, оксиды металлов или соединения фтора, то при повторном нагревании полученных изделий в стекле начинается процесс кристаллизации. Добавки, представляющие собой кристаллические вещества, играют роль катализаторов. В результате образуется сложная структура, содержащая 90…95 % беспорядочно ориентированных микрокристаллов размером менее 1 мкм, остальное – стекловидная фаза.
   По своим свойствам такие стеклокристаллические материалы – ситаллы – занимают промежуточное положение между стеклом и керамикой. Они прочнее стекла, тверже высокоуглеродистой стали, легче алюминия, химически и термически устойчивы, обладают хорошими диэлектрическими свойствами, по коэффициенту расширения некоторые из ситаллов близки к кварцевому стеклу. Если в качестве сырья используют шлаки черной металлургии, то получают шлакоситаллы с аналогичными свойствами.
   Строительное стекло представляет собой биостойкий невозгораемый жесткий материал, обладающий высокой стойкостью к действию влаги, солнечной радиации и отрицательных температур.
   Свойства строительных стекол зависят от химического состава. Так, их плотность изменяется в пределах 2200…8000 кг/м куб., прочность при сжатии составляет от 700 до 1000 МПа, при растяжении – от 30 до 80 МПа. Стекло обладает низкой термической устойчивостью (перепад температуры здесь составляет не более 80 градусов) и прочностью на удар. С увеличением толщины изделия сопротивление удару теплозащитные и звукозащитные свойства возрастают. По электрическим свойствам стекла относятся к диэлектрикам.
   Силикатные строительные стекла отличаются высокой химической стойкостью за исключением действия плавиковой и фосфорной кислот. Этот материал обладает уникальными оптическими свойствами: светопропусканием, которое достигает 92 %, светопреломлением, отражением и рассеиванием света.
   Листовые стекла. Наибольший объем выпускаемой продукции из стекла составляют листовые стекла. Листовые стекла представляют собой плоские листы, у которых длина и ширина во много раз больше толщины изделия. Эти материалы получают из стекломассы вертикальным выравниванием, горизонтальным прокатом, между двумя вращающимися валиками и флоат-способом.
   Сущность флоат-способа заключатся в том, что струя стекломассы, температура которой составляет 1000 градусов, непрерывно подается на поверхность расплавленного олова, температура которого составляет 232 градуса, и растекается по ней слоем определенной толщины, превращаясь в результате охлаждения в ленту стекла с полированной нижней поверхностью.
   В строительстве применяют следующие виды листовых стекол:
   – оконное;
   – витринное полированное;
   – витринное неполированное;
   – светорассеивающее узорчатое;
   – цветное;
   – армированное;
   – стеклопакеты;
   – профильное;
   – узорчатое;
   – архитектурные детали;
   – витражи;
   – пеностекло;
   – мозаика;
   – скульптурное;
   – строительные пластики;
   – декоративные отделочные ткани;
   – солнцезащитное;
   – увиолевое;
   – многослойное (триплекс) стекло.
   По качеству поверхности листовое стекло может быть неполированное и полированное; по способу упрочения – обычное, отожженное, закаленное и упроченное химическими или другими способами и, в частности, армированное; по цвету – бесцветное, цветное; по профилю – плоское, волнистое, гнутое и профильное.
   Оконное стекло. Оконным называют бесцветное прозрачное листовое стекло толщиной от 2 до 6 мм, которое применяют для остекления окон, дверей жилых (2,5…3 мм), общественных, производственных зданий и сооружений (3…6 мм).
   Витринное полированное стекло. Витринным называют крупногабаритные листы бесцветного прозрачного неполированного и полированного стекла толщиной 6,5…10 мм. Применяют его для остекления витрин и витражей зданий аэропортов, автовокзалов, торговых и спортивных зданий с использованием стальных и алюминиевых переплетов.
   Узорчатое стекло. Узорчатое стекло имеет на одной или обеих поверхностях четкий рельефный рисунок. Оно обеспечивает рассеивание света и обладает высокими декоративными свойствами. Этот вид стекол используют для остекления оконных и дверных проемов, устройства перегородок.
   Цветовое листовое стекло. Цветное листовое стекло изготавливают из окрашенной стекломассы или путем плотного соединения при формовании бесцветного и тонкого цветного слоев. Этот вид стекла толщиной до 4,5 мм используют для декоративного остекления световых проемов, оформления фасадов, внутренней облицовки, а также для изготовления витражей.
   Армированное стекло. Армированное стекло получают путем равномерного распределения стекломассы по металлической сетке с последующим прокатом. Это придает ему повышенную безопасность и огнестойкость. Стекло может быть цветным, а поверхность узорчатой. Применяют армированное стекло для остекления окон, дверей, выполнения светопрозрачных перегородок и кровель.
   Солнцезащитное стекло. У солнцезащитного, или теплопоглощающего, стекла, низкий процент пропускания инфракрасных солнечных лучей. Такие стекла получают за счет введения в исходное сырье оксидов кобальта или никеля или путем покрытия поверхности листового стекла прозрачным солнцезащитным составом из этих оксидов. Используют солнцезащитные стекла для остекления административно-общественных и производственных зданий. При поглощении инфракрасных лучей происходит нагревание стекол на несколько градусов, поэтому целесообразно выполнять двойное остекление с наружным расположением теплопоглощающего стекла.
   Увиолевое стекло. Увиолевое стекло получают из шихты определенного химического состава. Оно обладает способностью пропускать до 75 % ультрафиолетовых лучей, поэтому его применяют для остекления оранжерей, зимних садов, соляриев.
   Многослойное стекло. Многослойное стекло состоит из нескольких листов обычного стекла, склеенных между собой прозрачной эластичной полимерной прокладкой. Наиболее распространение получило трехслойное стекло – триплекс, которое обладает высокой прочностью и безопасностью. В строительстве многослойное стекло используют в качестве дверных полотен, специальных ударопрочных перегородок и ограждений. С этой же целью используют листовое закаленное стекло, которое может быть прозрачным, тонированным и матовым.
   Листовое узорчатое стекло. Применяемое в строительстве, листовой узорчатое стекло на одной или обеих сторонах имеет по всей поверхности рельефный узор. Стекло изготовляют методом непрерывного проката и выпускают бесцветным или цветным, окрашенном в массе или путем нанесения на его поверхность пленок оксидов различных металлов. Используют узорчатое стекло в помещениях, где необходимо мягкое, равномерное освещение, например, для остекления дверей, окон, крытых веранд, балконов, внутренних перегородок зданий и т.д.

Конструкционные строительные стекломатериалы

   К конструкционным стекломатериалам относятся стеклоблоки, профильное стекло (стеклопрофилит), стеклопакеты, стекложелезобетон, стеклянные трубы.
   Стеклянные блоки. Стеклянные блоки представляют собой пустотелые изделия из стекла с герметической воздушной полостью. Они могут быть цветными и неокрашенными. Стеклоблоки получают путем сварки по периметру двух отпрессованных полублоков, внутренняя поверхность которых может быть гладкой или рифленой (для обеспечивания светорассеивания). Светоблоки выпускают квадратными и прямоугольными с толщиной стенок не менее 8 мм при общей толщине изделия 75…98 мм, длине и ширине 194 х 194 мм или 294 х 194 мм. Их используют для кладки на цементно-песчаных растворах светопрозрачных ненесущих вертикальных ограждающих конструкций. Цветные стеклянные блоки получают из цветной стекломассы или путем нанесения на поверхности неокрашенного цветного аэрозольного покрытия из оксидов металлов.
   Профильное стекло (стеклопрофилит). Профильное стекло представляет собой погонажное изделие с сечением определенного профиля (ребристое, швеллерное, коробчатое, овальное, треугольное), которое применяют для устройства наружных светопрозрачных ограждающих конструкций, перегородок, ограждений балконов. Прочность профильного стекла зависит от качества поверхностей, размеров элемента, качества отжига, длительности действия нагрузки.
   В строительных конструкциях в интервале температуры от -30 до 400 0С, соответствующей условиям эксплуатации профильных изделий, прочность стекла не меняется.
   Производят профильное стекло непрерывным прокатом ленты неокрашенного или цветного листового стекла и изгибанием при прохождении через формующее устройство. После остывания изделие может быть неармированным или армированным стальной сеткой или проволокой. Цветное и солнцезащитное профильное стекло изготовляют, как правило, по заказам потребителя. В этом случае цвет стекла и его интенсивность определяют по специальным эталонам.
   Стеклопакеты. Стеклопакеты представляют собой изделия высотой (длиной) от 400 до 2550 мм, шириной от 400 до 2950 мм и толщиной до 46 мм. Они состоят из двух или более листов светопропускающего стекла, соединенного между собой по контуру таким образом, что между ними образуются герметически замкнутые прослойки толщиной от 6 до 18 мм, заполненные сухим воздухом или инертным газом. По способу изготовления стеклопакеты подразделяют на клееные, паяные и сварные, по числу слоев стекла – на двухслойные, трехслойные и четырехслойные. Используют для остекления окон, витрин, балконных дверей.
   В зависимости от того, какие виды листового стекла использованы для получения, стеклопакеты могут быть обычными или специального назначения – теплоизоляционными, звукоизоляционными, упроченными, солнцезащитными, безосколочными, светорассеивающими, электрообогреваемыми и т.д.
   Теплоизоляционные стеклопакеты могут быть трехслойными или четырехслойными с использованием теплоизоляционных стекол, прослойкой между которыми служит газ с более низкой теплопроводностью, чем у воздуха. Применяют теплоизоляционные пакеты для снижения теплопотерь.
   Звукоизоляционные пакеты представляют собой трехслойные стеклопакеты со стеклами различной толщины и различными расстояниями между ними. В таких пакетах часто используют триплекс. Применяют для снижения уровня шума, проникающего через остекление.
   Солнцезащитные пакеты представляют собой двухслойные стеклопакеты с наружным солнцезащитным стеклом. Возможно также использование жалюзийной решетки в прослойке между обычными стеклами. Служат солнцезащитные пакеты для снижения теплопоступлений от солнечной радиации.
   Безосколочные пакеты изготавливают с применением триплекса, а также стекловолокнистых прокладок с обычными или упрочненными стеклами. Используют для остекления, выдерживающего повышенные нагрузки и иные механические и температурные воздействия.
   В светорассеивающих стеклопакетах обычно используют узорчатые или рифленые стекла. Используют для повышения равномерности освещения, исключения видимости через остекление, снижения инсоляции.
   В упроченных стеклопакетах используют закаленные или упроченные стекла. Используют такие пакеты для устройства остекления, выдерживающего повышенные нагрузки и иные механические и температурные воздействия.
   Электрообогреваемые стеклопакеты представляют собой двухслойный стеклопакет с внутренним электрообогреваемым стеклом. Используют для устройства остекления, на котором не допускается образование конденсата.
   Толщина воздушной прослойки в двухслойных пакетах 9, 12, 15 мм, в трехслойных – 9, 12 мм. Двухслойные пакеты могут быть изготовлены с воздушной прослойкой толщиной 20 мм. Толщина стекол назначается в соответствии с расчетом на прочность, но в стеклопакетах, предназначенных для окон, она должна быть не менее 3 мм. Толщину стекол в двухслойных стеклопакетах, как правило, принимают одинаковой, кроме специальных звукоизоляционных стеклопакетов. В трехслойных пакетах толщина среднего стекла может быть менее толщины крайних.
   Конструкция стеклопакетов гарантирует герметичность воздушных прослоек и отсутствие конденсата на внутренних поверхностях стекол при температурах наружного воздуха до -50 0С в зависимости от категории качества изделий. Стеклопакеты должны выдерживать предусмотренный стандартом контроль на герметичность и точку росы в прослойке, а также испытания на надежность.
   Свойства стекол можно регулировать в широких пределах, применяя специальные оконные пленки, которые располагают на внутренней или внешней поверхности. С помощью специальных оконных пленок обеспечивают ударопрочность, безосколочность, термоизоляционность, пожароустойчивость, защиту от ультрафиолетового излучения.
   Стекложелезобетон. Стекложелезобетонные крупноразмерные изделия в зависимости от назначения подразделяют на стеновые, конструкции покрытий, сводов и куполов. В этих конструкциях, толщина которых равна высоте стеклоблока, нагрузку воспринимает железобетон, а заформованные в процессе изготовления стеклянные изделия обеспечивают равномерное освещение помещения.
   Стеклянные трубы. Стеклянные трубы получают методом экструзии и применяют для транспортировки особо чистых веществ в пищевой и химико-фармацевтической промышленности. Толщина стенок стеклянных труб от 2,5 до о 12 мм, диаметр от 50 до 300 мм. Главным достоинством таких труб является коррозионная стойкость, чистота поверхности, газонепроницаемость, водонепроницаемость, прозрачность, стойкость при температуре от -50 градусов до +100 0С и давлении до 0,6 МПа.

Отделочные стекломатериалы

   Отделочные материалы из стекла изготовляют из цветного непрозрачного стекла, обычного стекла с окрашенной поверхностью, а также из ситаллов и шлакоситаллов. Они предназначены для внутренней и наружной облицовки стен (стемалит, марблит, стеклянные и коврово-мозаичные плитки и т.д.). Материалы, обладающие высокой прочностью на истирание и удар (плиты стекломрамора, ситаллов, шлакоситаллов и др.), применяют для покрытия пола.
   Стемалит. Стемалит представляет собой крупноразмерный материал толщиной от 5 до 7 мм, полученный из бесцветного листового стекла, окрашенный с одной стороны специальной керамической эмалевой краской. Чтобы закрепить краску на стекле и упрочить поверхностный слой, изделие подвергают дополнительной термообработке – закалке. В последнее время разработан высокопроизводительный способ горизонтальной закалки стемалита на твердых опорах, что обеспечивает выход высококачественных изделий.
   Стемалит в виде листов размером 1500 х 1100 мм используют для облицовки фасадов, внутренних стен производственных и общественных зданий, ограждения балконов, лоджий, лестничных клеток, кухонь, ванн, душевых и других помещений с влажным режимом. Стемалит хранят в закрытых помещениях в стопах на пирамидах. Листы стемалита устанавливают на резиновые, войлочные и деревянные подкладки в слегка наклонном положении.
   Марбилит. Марбилитом называют полированные плиты размером от 250 х 140 до 500 х 500 мм при толщине от 5 до 12 мм, полученные способом непрерывного проката из темно-зеленого или черного непрозрачного стекла специального состава. Своеобразный декоративный эффект создают блестящие переливающиеся кристаллические вкрапления (авантюриновое стекло).
   Этот материал используют при облицовке цоколей зданий, стен, колонн, оформлении интерьеров.
   Облицовочные стеклоплитки. Облицовочные плитки из глушеного молочно-белого или цветного стекла производят квадратными и прямоугольными способом проката или прессования. Для более прочного сцепления с раствором тыльная сторона плиток рельефная, лицевая имеет эмалевое покрытие, рельефный рисунок или гладкая. Толщина плиток от 4 до 6 мм, размеры от 50 х 50 мм до 150 х 150 мм.
   Применяют стеклоплитки для облицовки стен помещений, к которым предъявляют повышенные требования, – кухонь, ванных, душевых, столовых, вестибюлей, а также внутренних поверхностей стен производственных помещений и наружных бетонных поверхностей панелей в заводских условиях. Термостойкость облицовочных стеклоплиток из глушеного стекла составляет 40…45 0С. Для определения термостойкости плитки нагревают до 60 0С, а затем быстро погружают в воду с температурой 15…20 0С.
   Коврово-мозаичные стеклянные плитки. Коврово-мозаичные стеклоплитки представляют собой окрашенные в разнообразные цвета плоские небольших размеров изделия, изготовляемые из глушеного или полуглушеного стекла. Коврово-мозаичные непрозрачные цветные плитки с размером ребра 21 мм при толщине 4,5 мм получают способом проката или прессованием из пресс-порошка. После охлаждения плитки на специальной машине наклеивают лицевой поверхностью вниз на бумажную основу. При производстве плиток путем непрерывного проката лента стекла формуется прокатной машиной с двумя парами валков. Первая пара валков гладкая, вторая – рифленая. Рифления на валках соответствуют конфигурации и размерам плитки. Выходящая из прокатной машины лента стекла имеет продольные и поперечные бороздки, по которым она разламывается специальным устройством на отдельные плитки. Плитки поступают на металлическую сетку печи отжига, где подвергаются термообработке. Затем плитки сортируют и подают в специальные устройства для набора ковров.
   Наибольшее распространение этот материал получил при заводском изготовлении наружных стеновых бетонных панелей. Плитки могут применяться также при изготовлении панно с мозаичным рисунком на фасадах и при отделке интерьеров производственных и общественных зданий.
   Стеклянная крошка и смальта. Стеклянную крошку получают путем дробления и сортировки глушеных белых или цветных отходов стекла. Применяют стеклянную крошку для отделки бетонных поверхностей фасадов зданий для создания декоративного эффекта.
   Смальта представляет собой изделия заданной формы и размера из непрозрачного разноцветного стекла с определенным рисунком излома. Изготавливают этот материал способом полусухого прессования из стеклянных порошков, а также прессованием или литьем расплавленной окрашенной стекломассы в формы. Цветовая палитра смальты включает сотни цветов и оттенков.
   Прессованную смальту изготовляют из цветного или бесцветного стеклобоя, смешанного с диоксидом олова и при необходимости с керамическими красителями. После прессования изделия подвергают термообработке, при которой происходит спекание частиц стеклобоя и оплавление красителя. Размеры плит смальты, как правило, определяются соглашением заказчика и изготовителя. Плитки прессованной смальты имеют в изломе слабый блеск и легко колются при ударе по линии надреза.
   Прессованная смальта выдерживает более 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания без видимых повреждений – шелушения, растрескивания, выкрашивания и др. Используют смальту также, как и стеклянную крошку, для отделки фасадов и интерьеров зданий, изготовления витражей, мозаичных панно и т.д.
   Чтобы утилизовать большие объемы стеклобоя, разработаны технологии получения облицовочных материалов с использованием стеклоотходов. К ним относятся следующие виды стекломатериалов:
   – стекломрамор;
   – стеклокремнезит;
   – стеклокерамит;
   – стеклокристаллит.
   Стекломрамор. Стекломрамор производят способом непрерывного проката глушеной (непрозрачной) стекломассы, полученной из отходов стекла определенного цвета. Ленту разрезают на плиты заданных размеров. Плиты стекломрамора выпускают белого, голубого, синего, зеленого цветов, однотонные или белые с мраморовидным рисунком.
   Лицевая поверхность стекломрамора шлифованная или полированная, а тыльная имеет рифление для лучшего сцепления с раствором. Применяют плиты стекломрамора толщиной 8 и 10 мм, длиной и шириной от 25 х 140 до 800 х 500 мм для облицовки стен внутри зданий, а также для покрытия пола в помещениях с повышенными санитарно-гигиеническими и эстетическими требованиями при отсутствии ударных воздействий.
   Стеклокремнезит. Стеклокремнезит представляет собой декоративный плиточный трехслойный композиционный материал, нижний слой которого состоит из спекшейся смеси бесцветных стеклянных гранул и песка, а верхний слой состоит из расплавленных гранул цветного стекла. Лицевая полированная поверхность имеет различные расцветки и рисунки, имитирующие природный камень. Тыльная сторона плит шероховата. Вырабатывают стеклокремнезит на основе новой гранулопорошковой технологии, которая дает возможность использовать все виды стеклобоя отходов горнорудных отраслей и кремнеземистых отходов промышленности.
   Получают стеклокремезит в огнеупорных формах из гранул стекла определенного состава в смеси с кремнеземом и рядом других добавок способом кристаллизации огневой полировки. Процесс изготовления стеклокремнезита состоит в следующем: в металлическую или огнеупорную форму засыпают тонкий слой песка, затем смесь цветного стеклогранулята с песком, сверху насыпают тонкий слой цветного стеклогранулята. Вместо цветного стеклогранулята можно использовать смесь гранулята бесцветного стекла с красителями. Смесь подвергают термообработке в специальной печи, где происходит спекание гранул, кристаллизация и обжиг изделий. После термообработки плиты стеклокерамзита обрезают алмазными кругами.
   Стеклокремнезит гигиеничен, обладает прочностью, твердостью, большой долговечностью, высокими декоративно-эстетическими качествами, химически устойчив, атмосферостоек и электрически нейтрален. Лицевая поверхность стеклокремнезита по декоративным возможностям превосходит такие природные дорогостоящие камни, как мрамор, гранит, яшма, аквамарин, берилл, топаз. Так как стеклокремнезит обладает высокими декоративными свойствами, механической прочностью и атмосферостойкостью, его применяют для наружной и внутренней облицовки стен, изготовления панно, покрытия полов, колонн.
   Кроме стеклокремнезита, для наружной и внутренней облицовки стен, покрытия полов и иных работ применяют прокатные листы, плиты и прессованные плитки из ситаллов и шлакоситаллов. Эти плитки могут быть белыми, темно-серыми, с декоративной наружной поверхностью. Изделия обладают высокой кислотостойкостью, поэтому их применяют для покрытия полов на химических предприятиях.
   Шлакоситалл. Шлакоситалл представляет собой долговечный декоративный отделочный стеклокристаллический материал. Получают его при кристаллизации стекол, изготовленных на основе доменных шлаков. Он имеет плотную микрокристаллическую структуру с размером кристаллов от десятых долей микрометра до нескольких микрометров, сцементированных между собой остающейся после термообработки некристаллизационной стекловидной фазы.
   В строительстве используют листы и плиты из прокатного белого и черного шлакоситалла, а также цветные изделия, получаемые путем нанесения на поверхность шлакоситалла силикатных красок. Для нанесения красок листы или плиты шлакоситалла предварительно разрезают и после нанесения красок подвергают термообработке. Используют шлакоситалл в химической промышленности, а также для наружной и внутренней обработки стен, облицовки перегородок и колонн, устройства покрытий полов, особенно в зданиях с агрессивной средой и высокой влажностью.
   Стеклокерамит. Стеклокерамит представляет собой двухслойный плитный материал для внутренней и наружной отделки стен. Плита состоит из слоя подложки – спекшейся смеси стеклобоя, песка и глины и верхнего декоративного – расплавленного цветного стеклогранулята.
   Стеклокристаллит. Стеклокристаллит изготавливают в виде плит, получаемых сплавлением гранул из бесцветного или окрашенного стекла. Толщина плит 15 мм, длина и ширина 300 х 300 мм и 300 х 150 мм. Лицевая поверхность плит полированная, тыльная – шероховатая. Термостойкость плит – 60 градусов, морозостойкость – F80, износостойкость – 0,1 г/cм кв. Изделие применяют для внутренней и наружной отделки стен, покрытия полов.
   Облицовочные плитки из базальтового стекла. Облицовочные плитки из базальтового стекла черного цвета, шестигранной формы, с зеркальной поверхностью, в объеме непрозрачные. Нелицевая сторона плиток рифленая. Технология изготовления плиток из базальтового стекла является новым направлением в производстве стеклоизделий и состоит из следующих этапов:
   – подача сырья к плавильному агрегату;
   – варка стекла;
   – формование и отжиг стекла;
   – сортировка и упаковка изделий.
   Плитки из базальтового стекла применяют для наружной и внутренней облицовки промышленных и гражданских зданий, настила полов в санитарно-бытовых помещениях.
   Ячеистое стекло, стеклянные волокна. К стекломатериалам теплоизоляционным и акустическим относятся изделия из ячеистого стекла и стеклянных волокон.
   Ячеистое стекло (газостекло и пеностекло) получают путем спекания тонкоизмельченного стеклянного порошка с газообразующими и пенообразующими добавками. В качестве газообразователя применяют антрацит, кокс, древесный уголь, известняк, мрамор. Этот материал можно резать, шлифовать, сверлить. Плотность пеностекла колеблется в пределах 140…350 кг/м куб., пористость составляет от 86 до 95 % , водопоглощение составляет от 5 до 15 % , предел прочности при сжатии – 0,5…4,4 МПа, интервал рабочих температур от -180 до +400 градусов. В зависимости от назначения его выпускают теплоизоляционным и декоративно-акустическим. Теплоизоляционное ячеистое стекло изготавливают для утепления стен, покрытий, трубопродов. Декоративно-акустическое – в виде блоков, плит, скорлуп, гранул. Для улучшения акустических свойств плиты для подвесных потолков выпускают перфорированными. Гранулированное ячеистое стекло применяют в качестве легкого заполнителя при изготовлении бетонных ограждающих конструкций и засыпной теплоизоляции.
   Строительное стеклянное волокно. Стеклянное волокно, применяемое в строительстве, вырабатывают из стеклорасплава определенного состава. В зависимости от длины нити различают непрерывное, длиной 20 км и более, полученное путем протягивания стеклорасплава через фильеры, и коротковолокнистое – штапельное стекловолокно диаметром от 5 до 12 мкм.
   Непрывное стеклянное волокно применяют для изготовления стеклосетки и стеклоткани, которые представляют собой рулонные кровельные, гидроизоляционные материалы и линолеумы для покрытия полов. Стеклосетку как армирующий материал применяют также при выполнении многослойной теплозащиты фасадов. Стеклоткань пропитывают смолами и применяют для гидроизоляции подземных трубопроводов и получения стеклопластиков.
   Стеклообои. В наше время все шире применяют такой рулонный материал, как стеклообои. Стеклообои изготовляют из гладкой или декоративной стеклоткани с рельефным рисунком. Материал обладает высокой декоративностью, влагостойкостью, огнестойкостью, гигиеничностью, не токсичен. Его рекомендуют применять для отделки стен в офисах, магазина, офисах, больницах.
   Стеклопластик. Стеклопластик производят прессованием стекловолокна или стеклоткани, пропитанных синтетическими смолами. Выпускают стеклопластики прозрачными (светопропускание от 70 до 80 %, полупрозрачными (от 50 до 70 %) и непрозрачными. Эти материалы не подвергаются коррозии, не усыхают, водостойки, водонепроницаемы, не разбухают, не коробятся.
   В строительстве стеклопластики используют в виде плоских и профильных листов как ограждающий и отделочный материал (внутренние перегородки, наружная отделка стен, ограждение балконов, лоджий, кровли, внутренние перегородки и др.) для изготовления санитарно-технических изделий.
   Штапельное стекловолокно. Штапельное стекловолокно получают таким же образом, как и минеральную вату, только из стеклорасплава, то есть раздувом вертикальной струи расплава паром или воздухом, или подачей ее на центрифугу. Из штапельного стекловолокна изготавливают изделия, аналогичные минераловатным: мягкие маты и полужесткие на синтетическом связующем веществе, а также жгуты и шнуры. Эти материалы относятся к трудносгораемым и применяются для теплоизоляции технологического оборудования с температурой поверхности от – 60 до +450 градусов.
   Изделия из этих материалов могут быть также использованы для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий, в качестве звукопоглощающих плитных и звукоизоляционных рулонных материалов.
   Отделочные стеновые панели и подвесные потолки изготавливают из жестких стекловолокнистых плит толщиной 20 мм. Лицевую поверхность изделий для обеспечения водостойкости и возможности влажной уборки покрывают пленкой из ПХВ, тыльную сторону – бесцветным стекловойлоком. Изделия применяют в кухнях, ваннах, бассейнах. При покрытии плит стеклотканью повышаются ударная прочность, влагостойкость и звукопоглощающие свойства изделий, что обеспечивает их применение в спортивных залах, офисах, коридорах. Плиты с лицевым слоем из белого или окрашенного стекловойлока используют в лекционных залах, ресторанах, кинотеатрах и т.д.
   Шлаковая пемза (термозит). Шлаковую пемзу относят к рыхлым зернистым пористым материалам и получают дроблением резко охлажденного шлакового стеклорасплава. В зависимости от размера зерен выпускают щебень от 5 до 40 мм и песок от 0,14 до 5 мм. В зависимости от насыпной плотности щебень классифициют на марки от 300 до 1000, а песок – от 600 до 1200. Используют эти материалы в качестве пористых заполнителей конструкционных, конструкционно-теплоизоляционных, теплоизоляционных легких бетонов, а также в качестве теплоизоляционных засыпок.

КАЧЕСТВО СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

   В строительном деле важно знать, как практически, не прибегая порой к лабораторным проверкам, определить качество строительных материалов. Знание простых приемов ведет к экономии строительных материалов, улучшает качество строительства и, как следствие удешевляет его.
   Лесоматериалы. Качество древесины можно определить внешним осмотром и простукиванием. Трещины и торцовые расколы свидетельствуют о снижении прочности бревен. При простукивании обухом топора глухой звук является признаком внутренней гнили или поражения древоточцами.
   Влажность древесины проверяется на ощупь. Сухая на ощупь древесина имеет влажность до 25 %.
   Кирпич. Бледно–розовый или коричневый цвет кирпича свидетельствует о недожоге, такой кирпич непрочен, сильно впитывает воду, пачкает руки, при ударе издает глухой звук. Он применяется там, где не подвержен атмосферным осадкам.
   Красный кирпич – нормально обожженный, твердый и прочный, мало впитывает воду, при ударе издает чистый звук. Такой кирпич хорошо тешется, на изломе имеет однородное строение без пустот, камешков, извести. Используется для кладки стен, печей и каминов.
   Темно-бурый цвет говорит о том, что кирпич пережженный, так называемый железняк. Поверхность пережженного кирпича стекловидная, с глубокими трещинами. Кирпич-железняк очень твердый, почти не впитывает воду, поэтому плохо вяжется с раствором. Хорошо сопротивляется сырости и морозу, употребляется для кладки фундаментов.
   Качество кирпича можно определить пробой на удар. Кирпич низких марок (до 75) от одного удара молотком весом 1 кг разбивается в щебень. Кирпич марки 100 разрушается на более мелкие куски от нескольких ударов. Кирпич марки свыше 100 при скользящих ударах молотка искрит и отбивается мелкими кусками.
   Известен и такой простой способ определения качества: кирпич низких марок при падении с высоты 1,2 – 1,5 метра на твердое каменное основание разбивается на мелкие кусочки. Если кирпич разобьется на 2 – 3 крупных куска, он считается хорошего качества.
   Камень бутовый. Качество бутового камня определяется ударом молотка: звонкий звук издает бут хорошего качества, глухой – при наличии примесей глины и других пород. Бутовый камень низких марок от одного удара молотком весом в 1 кг разбивается в щебень. Качество камня можно определить и другим способом: если куски после насыщения их водой разбиваются на части, то камень считается непригодным для кладки.
   Глина. Качество глины зависит от ее жирности. Жирность проверяется на ощупь растиранием между пальцами. В жирной глине песок не ощущается. Кроме того, жирность глины можно определить следующими методами.
   1 метод. Глина раскатывается в руке жгутиком толщиной 1,5 – 2 см и длиной 15 – 20 см и вытягивается за оба конца. Жгутик из тощей глины (суглинка) мало растягивается и дает неровный разрыв. Глина средней пластичности вытягивается плавно и обрывается, когда толщина в месте разрыва достигает 15 – 20 % от первоначального диаметра. Жгутик из пластичной глины вытягивается плавно, постепенно утончается, образуя в месте разрыва острые концы.
   2 метод. Глины разных сортов скатываются в шарики диаметром 4 – 5 см и высушиваются в одинаковых условиях. Максимальное количество трещин на поверхности шарика указывает на наиболее жирную глину.
   3 метод. Широко распространен способ определения жирности глины отмучиванием. Он основан на разном весе частиц (песок тяжелее глины). В пол-литровую стеклянную банку кладут 200 г глины, наливают воду, чтобы она покрывала глину на 4 – 5 см, тщательно все перемешивают и дают отстояться. Песок осаживается на дно, сверху – глина. Примерное количество (процент) песка в глине определяется на глаз.
   Цемент. Цемент считается качественным, если не имеет признаков окомкования. Если хороший цемент взять в руку и сжать ее, то он сразу просыплется между пальцами. Если в ладони останутся мелкие кусочки, величиной с горошину и больше, это свидетельствует о том, что в нем начался процесс окомкования. Такой цемент имеет пониженную активность и соответственно прочность материалов на его основе. Во время хранения цемента его активность как связующего вещества падает примерно на 5 % в месяц. Так, при хранении в течение 3 месяцев активность уменьшается до 15 – 20 %, в течение 6 месяцев – до 25 – 50 %, в течение 1 года – до 30 – 40 %, в течение 2 лет – до 40 – 50 %.
   Цементное основание. Цементное основание (стяжка) под линолиум считается пригодной, если имеет влажность не более 8 %. Проверка влажности основания производится с помощью промокательной бумаги. Ее кладут на основание, а сверху плотно прикрывают полиэтиленовой пленкой с нахлестом по 10 см каждую сторону (с грузом по всему периметру или с проклейкой резиновым клеем). Через 16 часов промокательную бумагу проверяют. Если она влажная, то основание для настилки линолеума еще непригодно.
   Кровельный асбестоцементный шифер. Кровельный шифер проверяется внешним осмотром. Листы не должны иметь продольных трещин. Шифер, долгое время хранившийся под открытым небом, под воздействием влаги приобретает темный цвет, что говорит о пониженной прочности.
   Для проверки отбирают из стопы третий лист сверху. Сухой лист волнистого шифера, уложенный на ровное основание, выдерживает вес вставшего на него человека и не разрушается.
   Кровельная сталь. Качество листов кровельной стали проверяется осмотром. Особое внимание обращается на следы ржавчины. Ржавчину можно снять 5 – 10 % раствором технической соляной кислоты с последующей тщательной промывкой водой и просушкой. Для работы с кислотой следует использовать шерстяную тряпку, руки необходимо защитить резиновыми перчатками.
   Песок. Песок должен быть чистым, без примесей глины, земли и пыли. Чистый песок не пачкает руки. Мелкий песок имеет зерна менее 1,5 мм, песок средней крупности – от 2 до 2,5 мм, крупный – более 2,5 мм.
   Шлак топливный, котельный. Топливный шлак считается пригодным для теплоизоляционной засыпки и устройства шлакоблочных стен, если он пролежал не менее года в отвале. Если он пролежал дольше, это лучше, так как из шлака будут вымыты и выветрены вредные примеси. Лучшим считается шлак из котельных. Для затопления каркасно–засыпных стен следует применять просеянный шлак, без примесей золы, земли, камней и другого мусора. Влажность шлака должна быть не более 10 %.
   Гипсовые вяжущие материалы. Свежеизготовленный гипс не должен иметь комков. Даже при хранении в сухих условиях он быстро скомковывается и теряет свою активность примерно на 10 % в месяц. По наружному виду гипсовое вяжущее вещество похоже на мел. Чтобы отличить гипс от мела, нужно растереть его между пальцами. Мел кажется мягким, а гипс – зернистым. Быстрое схватывание (твердение) также может служить признаком принадлежности материала к гипсу.
   Стекло. Оконное стекло считается хорошего качества, если оно имеет голубоватый или зеленоватый оттенок. Желтый оттенок говорит о плохом качестве – такое стекло плохо сварено. Цвет стекла определяют, наложив три листа на белую бумагу.
   Битумные материалы. Прежде всего необходимо выяснить, к какому виду они относятся – к битумному или дегтевому. Это необходимо для того, чтобы соблюсти принцип «подобное с подобным». Дегтевые материалы обладают резким запахом фенола (карболки), а нефтяные битумы обладают запахом минерального масла. Иногда нефтяные битумы вообще не имеют запаха. При подогревании запах всегда усиливается. Дегти и битумы отличаются истинной плотностью – соответственно 1 и 1,25 г/см. куб.
   Для твердых битумных материалов (пеков и битумов) характерным признаком является также цвет. У каменноугольных пеков цвет иссиня–черный, у нефтяных битумов – черный с коричневым оттенком. Кроме этого, у пеков более блестящая поверхность, чем у битумов, и они значительно жестче, что особенно заметно при низких температурах. В изломе каменноугольные пеки имеют роговистую глянцевую поверхность.
   Марки битумов ориентировочно можно определить по внешним признакам, температуре размягчения. Если битум марки БН–90/10 при комнатной температуре разбить молотком, то образуются осколки с блестящей поверхностью. Битум марки БН-70/30 при ударе молотком разбивается на крупные куски без осколков. Битумы марки БН-50/50 при ударе сминаются.
   Битум следует хранить под навесом в плотной таре. В этом случае битум трех–четырехлетней давности годен к применению.

Как определить марку бетона

   Марку бетона (затвердевшего) можно определить с помощью зубила и молотка весом 300 – 400 г. Если лезвие погружается на глубину 5 мм, то марка бетона 70 – 100. Отделяющиеся от поверхности тонкие листочки свидетельствуют о том, что его марка 100 – 200. Неглубокий след зубило оставляет на бетоне марки свыше 200.
   Масляная краска. При хорошем качестве краски ее слой высыхает за одни сутки, при удовлетворительном – за двое суток. Если нажать пальцем на слой в течение 5 секунд и палец не испачкается, краска считается высохшей.
   Олифа.Хорошая олифа прозрачна, после суточного отстоя может иметь небольшой осадок (не более 10 %). Наиболее надежным способом определения качества олифы является проба на высыхание: полное высыхание слоя должно наступать не позже 24 часов. Качественная олифа соскабливается со стекла ножом эластичной полоской и не крошится под ножом.
   Столярный клей. Качественный клей, сожженный на огне спички, рассыпается в мелкую золу. Это мездровый клей. Клей более низкого качества спекается в темный шлак. Это так называемый костный клей, приготовленный из костей, рогов и копыт.
   Замазка. Замазка должна быть пластичной и не прилипать к рукам.

Илья Мельников Строительные стекломатериалы и изделия