Классификация строительных материалов

Материалы, из которых изготовляют строительные детали и конструкции, возводят здания и сооружения различного назначения, называются строительными. Стоимость строительных материалов и изделий составляет свыше 50 % от общих капитальных затрат на строительство.

Строительные материалы по сходным признакам делят на группы. В качестве классификационных признаков выбирают: производстсвенное назначение строительных материалов, вид исходного сырья, основной показатель качества (например, их масса, прочность) и др. В классификации учитывают также и функциональное назначение, например теплоизоляционные материалы, акустические материалы и др., в дополнение к делению на группы по признаку сырья - керамические, полимерные, металлические и т.п. Одна часть материалов, объединенных в группы, относится к природным, а другая их часть - к искусственным. Каждой группе материалов или отдельным их представителям в промышленности соответствуют определенные отрасли, например цементной промышленности, стекольной и т.п.

Природные (естественные) строительные материалы и изделия получают непосредственно из недр Земли или путем переработки лесных массивов в "деловой лес". Этим материалам придают определенную форму и рациональные размеры, но не изменяют их внутреннего строения, состава, например химического. Чаще других из природных используются лесные (древесные) и каменные материалы и изделия. Кроме того, в готовом виде или при простой обработке можно получить битум и асфальт, озокерит, казеин, кир, некоторые продукты растительного происхождения, например солому, камыш, костру, торф, лузгу и др., а также животного происхождения, например шерсть, коллаген, боинскую кровь и др. Все эти природные продукты в сравнительно небольших количествах тоже используют в строительстве.

Искусственные строительные материалы и изделия производят в основном из природных сырьевых материалов, реже - из побочных продуктов промышлленности, сельского хозяйства или сырья, получаемого искусственным путем. Вырабатываемые строительные материалы отличаются от исходного природного сырья как по строению, так и по химическому составу, что связано с переработкой сырья в заводских условиях. В заводской переработке участвует органическое (дерево, нефть, газ и др.) и неорганическое (минералы, камень, руды, шлаки и др.) сырье, что позволяет получать многообразный ассортимент материалов, употребляемых в строительстве. Между отдельными видами материалов имеются большие различия в составе, внутреннем строении и качестве, но они и взаимосвязаны как элементы единой материальной системы.

Наибольшее применение имеют искусственные строительные материалы.

Лесные материалы и изделия классифицируют по разновидностям пород - лиственные и хвойные, по признаку ассортимента - круглые, пиленые и штучные изделия. Имеется дальнейшее их подразделение, например по свойствам, структуре и др.

Природные каменные материалы и изделия имеют классификацию, в составе которой лежит либо генетический признак, т.е. происхождение горных пород, либо технические свойства - по средней плотности, прочности, морозостойкости. Имеются еще более дробные разделения их по другим признакам.

Искусственные строительные материалы, находясь в тесной взаимосвязи между собой в единой системе, разделяют по главному признаку их отвердевания:
1) материалы, отвердевание которых происходит при обычных сравнительно невысоких температурах с кристаллизацией новообразований из растворов (их нередко относят к безобжиговым материалам);
2) материалы, отвердевание которых происходит в основном в условиях автоклавов, т.е. повышения температур и давлений пара с синтезированием цементирующих и кристаллизирующихся соединений непосредственно в автоклавах;
3) материалы, отвердевание которых происходит главным образом при остывании огненно-жидких расплавов, выполняющих функцию вяжущего вещества, или "цемента высоких температур" (их нередко относят к обжиговым материалам).

Выделение этих трех типов из огромного многообразия материалов является в достаточной мере условным, поскольку не всегда возможно провести четкую границу между ними, так же как и между отвердевающими растворами и расплавами. Нередко отвердевание происходит при совмещенных процессах кристаллизации и остекловывания растворов и расплавов. Условность указанного деления выражается еще и в том, что в безобжиговых конгломератах частично применяются обжиговые минеральные вяжущие вещества и они даже занимают доминирующее положение в современной номенклатуре строительных материалов.

В конгломератах безобжигового типа цементирующую часть представляют неорганические, органические, полимерные и комплексные вяжущие вещества. В конгломератах обжигового типа по разновидности цементов высоких температур выделяют расплавы керамические, стекломассы, шлаковые, каменного литья и комплексные. В конгломератах автоклавного типа наиболее типичными являются вяжущие, синтезированные из исходных сырьевых компонентов в условиях автоклавной обработки, хотя в них могут быть привнесены цементы, способные к твердению в обычных условиях.

К вяжущим веществам безобжиговых конгломератов из группы неорганических относятся и клинкеросодержащие цементы (портландцемент, специальные портландцементы, глиноземистый цемент и др.), гипсовые, магнезиальные, известковые и другие вяжущие на основе шлаков, горелых пород и др. Из группы: органических - битумные и дегтевые вяжущие материалы, а также производные от них - эмульсии, пасты, растворы. Группу полимерных веществ представляют термопластичные и термореактивные с последующим дробным разделением. Комплексные объединяются в смешанные, компаудированные и комбинированные вяжущие вещества. К смешанным относят неорганические вяжущие вещества, получаемые тщательным смешением двух или нескольких их разновидностей с порошкообразными добавками или без них; компаудированными служат сплавы или механические смеси нескольких органических материалов. Под комбинированными понимают объединение вяжущего - неорганического и органического, или полимерного.

Цементирующая часть обжиговых конгломератов также разделяется: шлаковые расплавы - по химической основности исходного сырья (шлака); керамические - по характеру и разновидности использованной глины и других компонентов сырья; стекломассовые - по показателю щелочной шихты; каменное литье - по виду горной породы, поступающей на расплав; комплексные расплавы - по виду соединяемых компонентов; шлакокерамические, стеклошлаковые и др.

Единая классификация включает большое разнообразие конгломератных строительных материалов как от вяжущих веществ, так и от расплавов ("цементов высоких температур") в связи с применением в них различных заполняющих материалов.

Из клинкерных и клинкеросодержащих цементов изготовляют бетоны, строительные растворы, арболиты и фибролиты, бетоны с полимерным зернистым заполнителем, асбестоцементные материалы и изделия; из гипса - гипсобетоны, арболиты и др.; из магнезиальных вяжущих - фибролиты и ксилолиты; из извести - силикатные бетоны и строительные растворы, силикатные изделия; из жидкого стекла - жаростойкие легкие бетоны, кислотоупорные бетоны и пр. Получаемые конгломераты, в свою очередь, подразделяются: по средней плотности - особо тяжелые, тяжелые, легкие и особо легкие (ячеистые) бетоны; по производственному назначению - конструкционные, конструкционно-теплоизоляционные, теплоизоляционные, гидротехнические, дорожные, жаростойкие и т.п. Возможно разделение этих конгломератов и по другим признакам.

Органические вяжущие вещества позволяют получать конгломераты, отличающиеся по температуре их применения в строительстве, - горячие, теплые и холодные асфальтовые бетоны; по удобообрабатываемости - жесткие, пластичные, литые и т.п.; по размеру частиц заполнителя - крупнозернистые, среднезернистые, мелкозернистые, песчаные.

ПАолимерные вяжущие вещества являются важным компонентом при изготовлении полимербетонов, строительных пластмасс, стеклопластиков и других материалов, называемых часто композиционными материалами.

Из комплексных вяжущих получают конгломераты типа бетонов, например гипсоцементно-пуццолановые (ГЦП) бетоны и растворы, полимерцементные бетоны и силикатополимерные бетоны и др.; мастики, в том числе герметизирующие, твердеющие и нетвердеющие, горячие и холодные; многие другие строительные материалы с конгломератным типом структуры.

Обжиговые конгломераты классифицируют с использованием в них расплавов как связующих компонентов. Следует отметить, что эта часть классификации имеет особенно много неизвестных материалов, которые остаются пока не открытыми (их места в классификации условно показаны в виде свободных клеток). Перспективными являются конгломераты, которые должны быть получены на основе керамической связки, и первым представителем из них является керамобетон. Изучаются конгломераты на основе стеклосвязки с использованием тугоплавких гранулированных заполнителей и добавочных веществ; шлаколитные бетоны с заполнителями типа термозитов, агломерированных зол и др.; бетонов со связкой из расплавов золы, например ТЭЦ, сланцевых и др.; камнебетоны - на основе связки из каменного литья с применением в них тугоплавких заполнителей; металлобетоны, или бетоны, получаемые на основе металлической связки с применением соответствующих заполнителей.

В строительстве применяются материалы без крупных и мелких заполнителей; их можно отнести к микроконгломератам - цементный камень, мастики, каменный сплав и др.

Свойства материалов зависят от их состава, строения и характеризуются показателями, имеющими числовые значения. Для оценки свойств необходимо подвергнуть образцы материалов испытанию по методике, предписываемой ГОСТ или ТУ на данный материал.