И. А. Рыбьев. Т. И. Арефьева. Н. С. Баскаков, Е. П. Ка-зеннова. Б. Д. Коровников, Т. Г. Рыбьева

ОБЩИЙ КУРС

СТРОИТЕЛЬНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Под редакцией д-ра техн. наук, проф. заслуженного деятеля науки и техники РСФСР И. А. РЫБЬЕВА

Допущено

Министерством высшего и среднего

специального образования СССР

в качестве учебного пособия

для студентов строительных специальностей

высших учебных заведений

ws? c

пег

J

Москва «Высшая школа» 1987

И. А. РЫБЬЕВ. Т. И. АРЕФЬЕВА. Н. С. БАСКАКОВ, Е. П. КА-ЗЕННОВА. Б. Д. КОРОВНИКОВ, Т. Г. РЫБЬЕВА

Рецензенты: кафедра «Строительные конструкции» (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. Ю. В. Зайцев); кафедра «Строительные материалы и изделия» (зав. кафедрой и. о. профессора, заслуженный строитель РСФСР С А. Иванов) Всесоюзного ордена Трудового Красного Знамени заочного политехнического института

Общий курс строительных материалов: Учеб. посо-0-28 бие для строит, спец. вузов/И. А. Рыбьев, Т. И. Арефье­ва, Н. С. Баскаков и др.; Под ред. И. А. Рыбьева.- М.: Высш. шк., 1987.— 584 с; ил.

В пособии впервые изложены общие научно-теоретические основы фор­мирования структур и свойств строительных материалов. Новейшие данные включены по теории, производству и применению искусственных строительных конгломератов в строительстве. Приводятся материалы для самостоятельной работы студентов, методические указания.

3203000000(4309000000)—479 ББК 38.3

232—87

001(01)—87 6СЗ

© Издательство «Высшая школа», 1987

Учебное пособие «Общий курс строительных материалов» предназначено для студентов высших учебных заведе­ний, обучающихся по строительным специальностям, а также мо­жет быть использовано студентами-заочниками.

В учебном пособии по строительным материалам впервые выде­лена теоретическая часть, относящаяся к совокупности всех мате­риалов и изделий. В ней рассматриваются общие научные положе­ния и научные принципы о материалах, основные закономерности изменения их качественных характеристик под влиянием различ­ных, в первую очередь структурных, факторов.

Вторая, большая по объему, часть учебного пособия посвящена рассмотрению конкретных разновидностей строительных материа­лов и изделий, но с отражением влияния общих закономерностей на специфические особенности каждого материала.

О необходимости существенного расширения научно-теорети­ческой части курса строительных материалов на основе теории ис­кусственных строительных конгломератов отмечалось на всесоюз­ных совещаниях-семинарах заведующих кафедрами строительных материалов и кафедрами технологии изделий и конструкций < Киев и Днепропетровск), а также на всесоюзных конференциях но теории, производству и применению искусственных строитель­ных конгломератов (Брест, Владимир, Ташкент).

Учебное пособие предназначено, как отмечено выше, для сту­дентов, обучающихся без отрыва от производства, поэтому в нем после каждой главы предусмотрены вопросы для самопроверки,

а перед каждым разделом — краткие методические указания по изучению учебного пособия.

Разделы и главы учебного пособия подготовлены: проф. И. А. Рыбьевым — введение; краткие методические указания к каждому разделу; раздел I (все главы); в разделе II: § 6.5; 6.9; 7.5; 8.4; 9.4; 9.5; 10.12; 10.13; 14.1; 15.6; 16.8; § I7.I—17.4; 18; 19; 21.1; 21.2; 21.4; и о. проф. Б. Д. Коровниковым — § 8.2; 8.3; 11; 14.2—14.5; § 15.1 — 15.5; 16.1 — 16.7; § 17.5; § 19.2; 19.4; гл. 20; доцентами Н. С. Баскаковым и Т. И. Арефьевой —§ 6.1—6.4; 6.6—6.8; § 8.1; доц. Н. С. Баскаковым —§ 9.1; 9.3; гл. 24; доц. Т. Г. Рыбьевой — гл. 7; § 9.2; доц. Е. П. Казеиновой —§ 21.3; 21.5; §22.1; 22.3—22.9; гл. 23.

Авторы выражают глубокую благодарность коллективу кафедр строительных материалов и строительных конструкций Всесоюзно­го заочного политехнического института, коллективам профилиру­ющих по строительным материалам кафедр Московского инженер­но-строительного института им. В. В. Куйбышева, Ленинградского инженерно-строительного института, Саратовского политехническо­го института, Горьковского, Ивановского, Днепропетровского, Ки­евского и Томского инженерно-строительных институтов, Таллин­ского политехнического института, Ленинградского института ин­женеров железнодорожного транспорта за ценные замечания и советы, способствовавшие улучшению содержания книги.

А вторы

Введение

Основной задачей капитального строительст­ва, как указано в материалах XXVII съезда КПСС, является созда­ние и ускоренное обновление основных фондов, предназначенных для развития общественного производства. За пятилетие необходи­мо увеличить капитальные вложения в народное хозяйство на 18... 22% и объем подрядных работ на 16...17%. Последовательно про­водить дальнейшую индустриализацию строительного производст­ва, улучшать качество применяемых конструкций и материалов.

Отрасль по производству строительных материалов и изделий относится к одной из важнейших в народном хозяйстве нашей стра­ны, а ее продукция отличается большим многообразием по разно­видности и ассортименту. Многообразие номенклатуры строитель­ных материалов и изделий расширяется по мере разработки новых, как правило, более эффективных. Поэтому и наука о строительных материалах является в значительной мере динамичной, непрерывно развивающейся, помогая практике в решении возникающих техно­логических задач.

Настоящее учебное пособие призвано ознакомить студентов строительных специальностей высших учебных заведений с наукой о строительных материалах на современном этапе ее развития. По окончании вуза студентам предстоит стать инженерами на произ­водстве, в проектных организациях, в научных институтах и прак­тически повседневно заниматься изготовлением и использованием строительных материалов и изделий. Инженер-строитель должен хорошо разбираться в обширной номенклатуре этой продукции, вы­бирать необходимые ее виды с учетом качественных показателей, конкретных условий и стоимости, владеть некоторым минимумом знаний в области технологии производства различных строительных материалов и изделий, сущности операций и процессов, под влия­нием которых осуществляется переработка сырья, причем почти

полностью безотходная и при минимальном расходе топливно-энер­гетических ресурсов.

Предлагаемое вниманию студентов учебное пособие «Общий курс строительных материалов» структурно разделено на два само­стоятельных и взаимосвязанных раздела. Первый раздел, меньший по объему, посвящен изложению основных теоретических положе­ний науки о строительных материалах, принципов и закономерно­стей, действующих в этой науке, качественных характеристик, мето­дов определения качества материалов и их эффективности и других вопросов, относящихся ко всем материалам или изделиям. Второй раздел книги содержит научные и практические сведения о каждой конкретной разновидности строительных материалов и изделий, сгруппированных в соответствии с классификацией, изложенной в первом разделе учебного пособия. Изложение необходимых сведе­ний об отдельных материалах базируется на общих теоретических положениях первого раздела. Вместе с тем во втором разделе име­ется немало примеров, как знание конкретных строительных мате­риалов (природных, искусственных) обогащает общую науку и ее теоретическую часть. Следовательно, оба раздела учебного пособия тесно взаимосвязаны и составляют описание целостной науки о ма­териалах.

Полезными формами изучения курса строительных материалов являются экскурсии на заводы по производству различных материа­лов и изделий, посещение строительных объектов и строительных выставок. Они существенно дополняют теоретические и практиче­ские сведения, получаемые при изучении настоящего учебного по­собия, прослушивании лекций по курсу, выполнении контрольных работ (студентами-заочниками), а также при проведении лабора­торных занятий.

Общий курс строительных материалов в теоретических положе­ниях и при изложении в нем технологических вопросов опирается на знания студентов, полученные по химии, физике, математике и другим учебным дисциплинам. Поэтому желательно систематически возвращаться к фундаментальным положениям этих наук при изу­чении настоящего учебного пособия — новой для студента науки о строительных материалах.

КРАТКИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ПЕРВОГО РАЗДЕЛА

Приступая к изучению первого раздела учебного пособия, сту­денту следует иметь в виду, что в нем приводятся общие сведения, относящиеся ко всем материалам без указания, как правило, даже конкретных примеров. В самом начале изучения данного курса важ­но уяснить, что многообразные строительные материалы и изделия не являются обособленными продуктами заводского производства или природного происхождения, изолированными друг от друга. Несмотря на большие различия в их составе, технологии изготовле-

яия производственном назначении, исходном сырье, все строитель­ные* материалы остаются еще в большей мере сходными между со­бой а при так называемой оптимальной структуре — подобными друг другу. Их качество в значительной степени обусловлено харак­тером оптимальной структуры, оно закономерно изменяется с изме­нением этой структуры при одинаковом составе материалов.

В первом разделе учебного пособия показана общность строи­тельных материалов, что проявляется: в однотипности многих тех­нологических операций при переработке сырья; в процессах форми­рования структуры с одинаковым характером отвердевания отфор­мованных изделий; в основных свойствах и их взаимосвязи, особенно при оптимальных структурах; в наличии общих законов. согласно которым строго определенно изменяются качественные характеристики различных материалов, и т. п. Общность всех материалов в первом приближении может объясняться тем, что все они сложены из атомов разной величины и с разной прочностью и направленностью связей между ними. В зависимости от разме­ров атомов и природы связей между ними образуются разные ма­териалы, но сходные по своим основным закономерностям измене­ния свойств, или качественных характеристик.

Знание общих научных положений, излагаемых в первом раз­деле учебного пособия, позволяет более осмысленно воспринимать специфические особенности, которыми обладают различные кон­кретные строительные материалы, изучаемые во втором разделе учебного пособия. Комплекс этих знаний позволит на практике обеспечивать качество материалов на заданном уровне, прогнози­ровать надежность и долговечность материалов в конструкциях, разрабатывать новые материалы с помощью общего метода, опти­мизировать технологию производства различных материалов со снижением их стоимости и т. п.

После каждой главы даны вопросы для самопроверки.

КРАТКИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ВТОРОГО РАЗДЕЛА

Приступая к изучению второго раздела учебника, следует учиты­вать особую последовательность его изложения.

Главы 6и7 посвящены природным материалам — древесным и горным породам. В начале раздела они описаны, во-первых, по­тому, что являются наиболее доступными для их применения в строительстве после сравнительно несложной механической обра­ботки. Во-вторых, эти природные материалы позволяют раскрыть важнейшие объективные закономерности, которые при оптималь­ных структурах распространяются на большинство материалов, получаемых искусственным способом, как правило, с помощью заводской технологии. В частности, к таким объективным законам относятся закон створа и закон обязательного соответствия свойств

(см. § 5.1). Необходимо обратить внимание на анализ этих зако­номерностей при изучении гл. 6 и 7.

Последующие главы второго раздела учебника, начиная с гл. 8 и до гл. 24, посвящены описанию научных положений и технологиче­ских вопросов в отношении искусственных строительных материа­лов. Подавляющая часть последних составляет класс искусственных строительных конгломератов. Для них характерными признаками являются: гетерогенная система; наличие четырех главных струк­турных элементов в макроструктуре—вяжущего вещества, запол­нителя (или наполнителя), капилляров и пор, контактной зоны по поверхностям раздела компонентов и фаз; подобие при оптималь­ных структурах, общность закономерностей.

Как известно, искусственные строительные конгломераты ус­ловно разделяются на безобжиговые и обжиговые. Безобжиговые получают на основе неорганических и органических вяжущих, а обжиговые — на основе расплавов («высокотемпературных цемен­тов»). Поэтому вполне логично, что изучение безобжиговых ИСК и других сходных с ними материалов целесообразно начинать с вяжущих веществ как главных структурных компонентов, а затем продолжить изучение заполнителей и наполнителей, как объемно формирующих структуру ИСК. Именно так располагается мате­риал в гл. 8 и 9, относящихся соответственно к вяжущим вещест­вам и заполнителям. За этими двумя главами следуют другие, в которых рассмотрены различные разновидности искусственных строительных материалов. Методически важно, что студент, хоро­шо изучив их основные компоненты, особенно вяжущие и заполни­тели, а также общие научные принципы формирования структуры и свойств ИСК, может самостоятельно анализировать новые све­дения при изучении различных видов ИСК или сходных с ними материалов. Несомненно, что ему полезно в ходе анализа дополни­тельно возвращаться к отдельным видам вяжущих и заполняющих материалов, владея, однако, знаниями об их общем сортаменте. Различным видам безобжиговых материалов посвящены гл. 10 и 20. В них раскрываются сведения об объемах производства данного материала, его значении в строительстве, о сырье и резервах, спосо­бах переработки сырья с получением готового материала или изде­лия, свойствах материала и техническом контроле качества данной продукции.

Обжиговые материалы изложены в гл. 21—24 примерно в той же последовательности, что и безобжиговые. Но имеются и неко­торые особенности в изложении, связанные с отвердеванием их при охлаждении расплавов.

ОБЩАЯ

НАУЧНАЯ ТЕОРИЯ О СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛАХ

Г л а в а 1