Классификация строительных материалов, физическая сущность их свойств, понятие о качестве

Свойства – характеристики, проявляющиеся в процессе применения и эксплуатации материалов, исключая их экономические показатели. Свойства можно разделить на две группы: эксплуатационно–технические и эстетические. Эксплуатационно-технические свойства обеспечивают необходимую защиту, прочность, долговечность здания. Эстетические свойства материалов влияют на восприятие среды жизнедеятельности человека, в том числе внешнего вида зданий и их интерьеров.

Эксплуатационно-технические свойства

*Характеристики структуры

С этими характеристиками связаны показатели всех свойств материалов. Различают три уровня структуры материалы: макроструктура – строение, видимое невооруженным глазом, микроструктура – видимое в оптический микроскоп, и строение на молекулярно-ионном уровне.

К основным видам макроструктуры относят конгломератную, ячеистую, волокнистую, слоистую, рыхлозернистую (порошкообразную).

Конгломератная структура предлагает соединение разнородных веществ, обычно в виде зерен, кусков различных форм и размеров.

Ячеистая структура характеризуется наличием макропор, у мелкопористых большинство ячеек гораздо меньших размеров (менее 1мм).

Волокнистая структура присуща материалам с природными или искусственными волокнами, расположенными в одном определённом направлении.

Слоистая структура предполагает наличие нескольких, в том числе разнородных слоёв.

Рыхлозернистые (порошкообразные) структуры состоят из большого количества не связанных зерен или мелких частиц.

Подавляющее большинство современных материалов, кроме жестко-вязкого (твёрдого) вещества, содержат в структуре поры – промежутки, полости, ячейки. Их количество и характер (размеры, распределение, открытые или закрытые) влияют на другие эксплуатационно-технические свойства. Поэтому пористость – важный и определяющий показатель структуры.

Эксперементально-расчётный метод определения пористости, %, связан с известными значениями истинной плотности «ρ» и средней плотности «ρₑ» материала:

П= ( 1- ρ/ρₑ ) х 100 (%)

В зависимости от показателя пористости различают низкопористые (менее 30%), среднепористые (от 30 до 50%) и высокопористые (более 50%) материалы.

*Весовые характеристики

Вес – это сила, с которой строительный материал притягивается землёй. Этот показатель измеряется в ньютонах (Н)

Основная весовая характеристика материала – масса, являющаяся неизменным его свойством и измеряемая в граммах, килограммах, тоннах.

Материалы одинакового объёма, состоящие из одинаковых веществ, могут иметь неодинаковую массу. Для характеристики различий в массе материалов, имеющих одинаковый объём, служит плотность – истинная и средняя.

Истинная плотность «ρ» (г/см³, кг/м³) – отношение массы к объёму материала в абсолютно плотном состоянии, то есть без пор и пустот.

ρ= m / V, где

m – масса материала, г, кг

V – объём в плотном состоянии, см³, м³

Средняя плотность «ρ» (г/см³, кг/м³) – отношение массы материала к его объёму в естественном состоянии с возможными порами и пустотами:

ρ = m / V

Плотность материала влияет на его долговечность. Характерным признаком материалов, у которых средняя плотность равна истинной плотности (например, у стекла, металлов) является непроницаемость для жидкостей и газов.

*Свойства материалов при действии влаги, воды, замораживания-оттаивания.

Влажность – содержание влаги в материале, отнесённое к массе материала в сухом состоянии, измеряемое в %.

Высокой можно считать влажность более 20%, низкой – менее 5%.

Гигроскопичность – способность материала поглощать водяные пары из воздуха ( при его повышенной влажности) и удерживать их в следствие капиллярной конденсации. Гигроскопичность зависит от количества и характера пор и капилляров. Материалы с одинаковой пористостью, но имеющие более мелкие поры и капилляры, обладают более высокой гигроскопичностью, чем крупнопористые.

Водопоглощение – способность материала при непосредственном контакте с водой впитывать её и удерживать.

В =  ( m – mₑ ) х 100, где

mₑ – масса образца материала в воздушно-сухом состоянии

m – в водонасыщенном состоянии

Водостойкость материала характеризуется коэффициентом размягчения ( К ) – отношение предела прочности при сжатии материала, насыщенного водой, к пределу прочности при сжатии материала в сухом состоянии.

Водопроницаемость– способность материала пропускать воду под давлением. Величина водопроницаемости характеризуется количеством воды, прошедшей в течении 1 часа через 1 см² площади испытуемого материала при постоянном давлении.

Морозостойкость – способность, насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и соответственно без значительных потерь массы и прочности. При замерзании вода в порах увеличивается в объёме примерно на 9%, в результате возникает давление на стенки пор, которое может привести к разрушению материала. Понижению прочности материала способствует также перемещение влаги по порам и капиллярам.

*Свойства материалов при действии тепла, огня, звука.

Теплопроводность – способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий при разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Это свойство оценивается количеством теплоты, прошедшей в течении 1 часа через испытуемый материал толщиной 1м при разнице температур на его противоположных поверхностях в 1ºС. Тепловодность измеряется коэффициентом « λ» в Вт/(м ºС).

Теплопроводность материала снижается при увеличении его пористости, особенно если она носит закрытый характер.

Огнестойкость – способность материалов сохранять физико-механические свойства при воздействии огня и высоких температур, развивающихся при пожаре.

По степени горючести материалы делят на три группы: несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

Несгораемые материалы при действии огня и соответственно высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются (природные камни, бетон, кирпич, металлы).

Трудносгораемые материалы под воздействием огня или высоких температур обугливаются, тлеют или с трудом воспламеняются, но после удаления источника огня их горение и тление прекращаются (асфальтобетон, цементный фибролит).

Сгораемые материалы горят или тлеют под воздействием огня и продолжают гореть после его устранения (древесина, пластмассы).

Звукопоглощение – способность материалов поглощать звуковые волны.

Звукопоглощение материала характеризуется коэффициентом звукопоглощения, показывающем, какое количество звуковой энергии поглотил материал в единицу времени по сравнению с общим количеством падающей звуковой энергии.

С увеличением массы материала повышается его звукоизолирующая способность. Степень поглощения звука материалом зависит от его структуры, величины и характера пористости, толщины.

*Свойства материалов при действии агрессивных веществ.

Коррозионная стойкость – способность материалов сопротивлятся действию агрессивных веществ. Агрессивные вещества могут разрушать вещество материала и его структуру.

По механизму коррозионного процесса можно выделить следующие основные виды коррозии: физическая, приводящая к физическому разрушению материала без изменения его химического состава; химическая, определяющая необратимые изменения химического состава материала; физико-химическая, в результате которой происходят физическое разрушение материала и изменение материала и изменение его химического состава; электрохимическая, сопровождающаяся изменением химического состава материала в результате возникновения электрического тока на границе его фаз.

* Свойства материалов при действии статических и динамических сил.

Прочность – способность материала сопротивляться разрушению или необратимому изменению формы под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или другими факторами.

Прочность материалов оценивают пределом прочности – напряжением, соответствующим нагрузке, при которой фиксируется начало разрушения. Наиболее распространённые нагрузки – сжатие, растяжение, изгиб и удар

Твёрдость – способность материала сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим при местном внедрении другого, более твёрдого тела.

Твёрдость материала в большей мере зависит от его плотности.

Истираемость – способность материала уменьшаемость в объёме и массе вследствие разрушения поверхностного слоя под воздействием истирающих усилий. Её оценивают по потере массы после истирания, отнесённой к единице площади истирания, — г/см².

* К деформативным свойствам материалов относятся упругость, пластичность, хрупкость.

Упругость – способность материала деформироваться под влиянием нагрузки и самопроизвольно восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия внешней среды.

Пластичность — способность материала изменять свою форму, размеры под действием внешних сил, не разрушаясь. После прекращения действия силы материал не может самопроизвольно восстановить форму и размеры. Остаточная деформация называется пластической.

Хрупкость – способность твёрдого материала разрушаться при механических воздействиях без сколько-нибудь значительной пластической деформации.

Эстетические характеристики материалов

К рассматриваемым характеристикам относятся форма, цвет, фактура, рисунок (природный – текстура)

Форма материалов, лицевая поверхность которых воспринимается визуально в процессе эксплуатации, непосредственно влияет на своеобразие фасада или интерьера здания. В современной архитектуре форма облицовочных материалов, как правило, лаконична – квадрат, прямоугольник.

Цвет материалов —  зрительное ощущение, возникающее в результате воздействия на сетчатку глаза человека электромагнитных колебаний, отражённых от лицевой поверхности в результате действия света.

Все цвета материалов можно разделить на две группы – ахроматические ( белые, чёрные и серые всех оттенков) и хроматические ( красные, оранжевые, жёлтые, зелёные голубые, синие, фиолетовые со всеми промежуточными оттенками).

Объективная оценка цвета базируется на установленном положении о том, что любой цвет можно получить при смешении трёх определённых монохроматических колебаний. При количественной оценке цвета его выражают в выбранной системе измерения обычно через красный, синий и зелёный цвета, взятые в соответствующих пропорциях.

Основные характеристики цвета – цветовая тональность, светлота и насыщенность .

Цветовая тональность показывает, к какому участку видимого спектра относится цвет материала.

Светлота характеризуется относительной яркостью поверхности материала.

Насыщенность цвета —  степень отличия хроматического цвета от ахроматического той же светлоты.

При определении насыщенности цвета рационально применять визуальные методы определения цвета, т.е. его качественную оценку. При этом учитывается комплекс факторов: характер источника света (его спектральный состав), цвет и яркость фона, размеры образцов и расстояние между ними. Применяя визуальные методы оценки цвета, используют атласы цвета, картотеку цветовых эталонов, образцы материалов-эталонов.

Фактура – видимое строение поверхности материала, характеризуемое степенью рельефа и блеска. По степени рельефа выделяют гладкие, шероховатые (высота рельефа до 0,5 см) и рельефные (высота рельефа более 0,5 см) фактуры.

По степени блеска различают блестящие и матовые фактуры.

Фактуру определяют инструментальным или визуальным методами. При инструментальном методе используют измерительные инструменты: металлические линейки, рулетки, угломеры, толщинометры.

Визуальная или качественная оценка фактуры связана с расстоянием, с которого она рассматривается. При выборе фактуры учитывается комплекс факторов, в том числе цвет материала. Фактура более отчётливо воспринимается на светлой поверхности.

При рельефной бугристой фактуре объём помещения воспринимается меньшим, чем при фактуре гладкой, горизонтальные рельефы способствует зрительному сохранению высоты и удлинению помещения.

Рисунок – различные по форме, размерам, расположению, сочетанию, цвету линии, полосы, пятна и другие элементы на лицевой поверхности материала. Если упомянутые элементы создала природа, рисунок называют текстурой (например, текстура древесины, природного камня).

Важно представлять, что все эстетические характеристики воспринимаются вместе и, например, определённые виды фактуры могут заметно менять цветовые параметры – насыщенность, светлоту.

Стандартизация и классификация материалов

Стандартизацией называется процесс установления и применения стандартов – комплекса нормативно – технических требований, норм и правил на продукцию массового применения, утверждённых в качестве обязательных для предприятий и организаций – изготовителей и потребителей указанной продукции.

В зависимости от среды действия и уровня утверждения стандарты в РФ подразделяют на различные категории.

В государственных стандартах (ГОСТах) приведены требования к свойствам материалов, методам их испытаний, правилам приёмки, транспортирования и хранения.

Технические условия (ТУ ) содержат комплекс требований к показателям качества, методам испытаний, правилам приёмки к определённым видам материалов, которые не стандартизированы или ограниченно применяются.

Кроме стандартов, в строительстве и производстве материалов действует система нормативных документов – строительные нормы и правила (СНиП) – свод нормативных документов по проектированию, строительству и материалам, обязательных для всех организаций и предприятий.

Для удобства изучения и применения материалы целесообразно разделить на определённые группы по единому классификационному признаку.

При применении строительные материалы разделяют на группы в зависимости от назначения: конструкционные, конструкционно-отделочные и отделочные.

Конструкционные материалы обеспечивают защиту от различных физических воздействий, обеспечивает прочность и долговечность зданий. Эти материалы скрыты в «теле» конструкции (кирпич, теплоизоляционные материалы).

Конструкционно-отделочные материалы также обеспечивают определённую защиту, прочность, но одна или несколько поверхностей, которые называют лицевыми, воспринимаются визуально (лицевой кирпич, линолеум).

Отделочные материалы – основная функция – визуальное восприятие одной или нескольких поверхностей (плитки керамические, обои, фасадные плитки).

Конспект урока «Промышленность строительных материалов. Отраслевая структура» 9 класс

Эта отрасль промышленности имеет большое значение для индустриализации

строительства, снижения его стоимости, экономии металла и древесины, повышения

эффективности капитальных вложений в народное хозяйство. Развитие промышленности

строительных материалов связано с наличием строительного сырья. Донецкий регион

богат естественным строительным сырьем: огнеупорные глины, каолины, кварциты,

строительный камень и другое. Для развития строительной промышленности используют

как минеральные ресурсы (известняк, гипс, глину, песок, камни и др.) так и отходы

других отраслей промышленности (золу, шлаки). Так, шлаки металлургических заводов и

электростанций, используют для производства цемента, шлакоблока, шлаковаты, легких

наполнителей для бетонных и железобетонных изделий. Добыча природного сырья

осуществляется на всей территории.

Современное строительство использует строительные

материалы, которые производит химическая промышленность – пластмассы, смолы,

клейкие вещества, линолеум, полистироловые плиты и другое.

В строительстве применяют детали из литого камня, минеральную вату, которую

получают из расплавленного базальта, и новые виды продукции деревообрабатывающей

промышленности, например, древесно-стружечные плиты, клееную фанеру.

Отрасль производит материалы, детали и конструкции для всех видов

строительства. Основная ее продукция – стеновые (кирпич, бетонные и гипсобетонные

панели, шлакоблоки), вяжущие (цемент, известь, строительный гипс), кровельные

(черепица, шифер, толь, рубероид), отделочные, облицовочные,

изоляционные

материалы, строительное стекло, сборный железобетон и бетон,

кровельная керамика и фаянс, санитарно-технические изделия и другое.

Промышленность строительных материалов развивается под влиянием двух

факторов – сырьевого и потребительского, поэтому размещение ее зависит от

преобладания хотя бы одного из них. В зависимости от потребностей строительства и

стадий технологического процесса выделяют предприятия и производства,

ориентированные на сырьевые районы, например, добыча и первичная обработка сырья

(песка, гравия, щебня, бутового камня), производство вяжущих (цемента, извести, гипса)

и стеновых материалов, а также те, что тяготеют к потребителю (производство

железобетонных конструкций, шифера, строительного и оконного стекла и многое

другое). Крупнейшими центрами промышленности строительных

материалов в области являются города Донецк, Мариуполь, Амвросиевка, Енакиево,

однако в отрасли преобладают небольшие предприятия.

Отраслевой состав.

Важнейшими отраслями являются производство стеновых, рулонных,

кровельных и гидроизоляционных материалов, асбестоцементных труб и шифера,

добыча и переработка нерудных строительных материалов, цементная

промышленность, производство строительной керамики. На них приходится более 80

% всей продукции и почти 90 % занятого в строительной промышленности

промышленно-производственного персонала.

Непосредственно в строительстве используют природный стеновой камень и

строительный камень (крепкие осадочные, магматические и метаморфические

Об организационной структуре Народного Комиссариата Промышленности Строительных Материалов СССР, 20 сентября 1940 г.

Годы—> 1940 год—> Законодательство

Постановления Совета Народных Комиссаров Союза ССР.

627 Об организационной структуре Народного Комиссариата Промышленности Строительных Материалов СССР.

Совет .Народных Комиссаров Союза ССР постановляет:

1. Утвердить следующую структуру центрального аппарата Народного Комиссариата Промышленности Строительных Материалов СССР:

Главные управления

Главное управление цементной промышленности (Главцемент),

Главное управление стекольной промышленности (Главстройстекло),

Главное управление промышленности санитарно-технического оборудования (Главсантехника),

Главное управление лесозаготовляющей и лесообрабатывающей промышленности (Главстройлес),

Главное управление неметаллорудной промышленности (Глав-неметруд),

Главное управление промышленности кровельных материалов (Главкровля),

Главное управление промышленности строительной керамики (Главстройкерамика),

Главное управление промышленности строительных деталей (Главстройдеталь),

Главное управление термоизоляционной промышленности (Главтермоизоляция),

Главное управление снабжения (Главснаб), состоящее на полном хозяйственном расчете,

Главное управление по сбыту продукции строительных материалов (Главстройсбыт), состоящее на полном хозяйственном расчете,

Главное управление учебными заведениями (ГУУЗ), Главное геолого-разведочное управление.

Отделы

технический совет,

технический отдел (с технической библиотекой), производственно-распорядительный отдел, топливно-энергетический отдрл,

отдел промышленности стройматериалов союзных республик,

планово-экономический отдел,

центральная бухгалтерия,

финансовый отдел,

транспортный отдел,

отдел рабочих кадров и зарплаты,

отдел подбора и учета кадров,

первый отдел,

второй отдел,

отдел капитального строительства,

отдел ширпотреба,

горно-техническая инспекция,

управление пожарной и вооруженно-вахтерской охраны и ПВО,

контрольно-инспекторская группа при Народном Комиссаре,

секретариат Наркома, его заместителей и Коллегии Наркомата,

управление делами,

главный юрисконсульт,

арбитраж,

центральный архив.

2. Подчинить непосредственно Народному Комиссариату Промышленности Строительных Материалов СССР следующие организации:

Центральный научно-исследовательский институт строительных материалов (ЦНИИСМ),

Научно-исследовательский институт кирпичной промышленности (с опытным заводом, ст. Кучино),

Всесоюзный институт по проектированию предприятий и по научно-исследовательской работе в цементной промышленности (Гипроцемент),

Институт по проектированию предприятий промышленности неметаллических ископаемых (Гипроруда),

Всесоюзный трест по проектированию предприятий промышленности строительных материалов (Союзстройпроект) с отделениями в гг. Харькове и Свердловске,

Издательство Народного Комиссариата Промышленности Строительных Материалов,

Трест по производству буро-взрывных работ (Союзвзрывпром),

Трест по производству строительно-монтажных работ (Союзпромстрой),

Трест по добыче и обогащению асбеста и по производству асбестовых изделий (Союзасбест),

подсобные предприятия и организации при управлении делами:

автобаза,

типография,

управление домами.

3. Ликвидировать следующие главные управления и отделы Народного Комиссариата Промышленности Строительных Материалов СССР:

Главное управление по производству строительных работ (Главстрой),

Главное управление асбоцементных изделий (Главасбоцемент), бюро стандартизации, передав его функции в технический отдел,

отчетно-экономический сектор, передав его функции в планово-экономический отдел, жилищный отдел, иностранный отдел.

Считать расформированными следующие главные управления: Главцентроцемент, Главвостокцемент, Главмраморгранит, Главкирпич, Главдревдеталь и Главбетон, на базе которых образованы: Главцемент, Главнеметруд, Главстройкерамика, Главстройлес и Главстройдеталь.

4. Утвердить сеть местных контор Главного управления снабжения Народного Комиссариата Промышленности Строительных Материалов СССР, согласно Приложению № 1.

5. Утвердить сеть местных контор Главного управления по сбыту продукции Народного Комиссариата Промышленности Строительных Материалов СССР, согласно Приложению № 2.

6. Разрешить Народному Комиссариату Промышленности Строительных Материалов СССР организовать при Главцементе, Главстройстекле, Главсантехнике, Главстройлесе, Главнеметруде и Главкровле отделы снабжения, состоящие на полном хозяйственном расчете (без права организации контор и агентств).

7. Разрешить Народному Комиссариату Промышленности Строительных Материалов СССР:

а) организовать на базе ликвидируемого Главстроя подрядный трест по строительству предприятий стройматериалов (Союзпромстрой) в г. Москве, передав в его состав конторы, входившие в состав Главстроя;

б) организовать в системе Главцемента два треста в гг. Новороссийске и Вольске, возложив на них руководство цементными заводами, расположенными в районах этих городов;

в) организовать на базе ликвидируемых леспромхозов трест «Мордовскстройлес» по лесозаготовке и лесообработке в Мордовской АССР, подчинив ему непосредственно лесоучастки и предприятия;

г) передать в ведение треста «Укрстройматериалы»: Харьковский плиточный комбинат, Харьковский завод метлахских плиток и гончарных труб имени VIII годовщины Октября, Славянский завод метлахских плиток имени Н. К. Крупской и строительство Мариупольского плиточного комбината, ранее входившие в состав расформированного Главкирпича;

д) подчинить непосредственно Главстройкерамике Лобненский завод керамических блоков.

8. Передать из Народного Комиссариата Промышленности Строительных Материалов СССР в систему Народных Комиссариатов Промышленности Строительных Материалов РСФСР, УССР и Наркомлеса СССР предприятия и организации, согласно Приложению № 3.

9. Установить, что в отношении предприятий и хозяйственных организаций, подчиненных непосредственно Народному Комиссариату Промышленности Строительных Материалов СССР, хозрасчетные права, предоставленные Постановлением ЦИК и СНК СССР от 15 июля 1936 г. № 67/1271 (С. 3. СССР 1936 г. № 43, ст. 361) главным управлениям промышленных наркоматов, осуществляются непосредственно Народным Комиссариатом Промышленности Строительных Материалов СССР.

10. Утвердить штатный контингент по аппарату Народного Комиссариата Промышленности Строительных Материалов СССР на 1940 год, включая хозорганы, в количестве 4660 чел. (вместо установленного штата на 1939 год — 4924 чел.), в том числе:

а) по центральному аппарату- 1694 чел., из них по главным управлениям и отделам, состоящим на госбюджете,- 1320 чел.;

б) по трестам и прочим хозорганам — 2966 чел.

Председатель Совета Народных

Комиссаров Союза ССР

В. Молотов.

Управляющий Делами Совета

Народных Комиссаров СССР М. Хломов.

Москва, Кремль, 20 сентября 1940 г. №1751

Приложение № 1

к Постановлению СНК СССР

от 20 сентября 1940 г. № 1751.

Сеть контор Главснаба Наркомстройматериалов СССР

Управляющий Делами Совета

Народных Комиссаров СССР

М. Хломов.

Приложение № 2

к Постановлению СНК СССР

от 20 сентября 1940 г. № 1761.

Сеть контор Главстройсбмта Наркомстройматериалов СССР

Управляющий Делами Совета

Народных Комиссаров СССР

М. Хломов.

Приложение № 3

к Постановлению СНК СССР

от 20 сентября 1940 г. № 1751.

СПИСОК

предприятий и организаций, передаваемых из Наркомстройматериалов СССР в ведение Наркомстройматериалов РСФСР, УССР и Наркомлеса СССР

Управляющий Делами Совета

Народных КомиссаровСССР

М. Хломов.

Источник: Собрание постановлений и распоряжений правительства Союза Советских Социалистических республик, 1940, № 26, стр. 870-878

СОСТАВ И СТРУКТУРА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ — Студопедия

КАК ВЫБРАТЬ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Изучение любого строительного материала требует определенного методического подхода. Для природных материалов (древесина, природный камень и др.) оценка включает последовательность: СОСТАВ – СТРОЕНИЕ – СВОЙСТВА – ПРИМЕНЕНИЕ, для искуственныхматериалов: ТЕХНОЛОГИЯ – СОСТАВ – СТРОЕНИЕ – СВОЙСТВА – ПРИМЕНЕНИЕ.

Слово «технология» означает – искуство, мастерство, умение. На техническом языке это — последовательность операций, позвляющих получить из сырья продукт. Технология это наука о процессах и способах производства.

Основными элементами технологического процесса являются: СЫРЬЁ , ОБОРУДОВАНИЕ, ЭНЕРГИЯ.

ЗАДАЧА ТЕХНОЛОГИИ – получение продукции належащего качества. Качество это совокупность свойств, определяющих область применения материала.

СВОЙСТВО – это способность материала определенным образом реагировать на внешние и внутренние воздействия. Свойства оцениваются числовыми показателями, которые определяют опытным путем. Для получения сопоставимых данных опыты проводятся единообразно, по установленным методикам, которые утверждены государственным стандартом.

Госстандарт (росстандарт) – это обязательный документ для всех предприятий любой формы собственности. В области строительных материалов наиболее распространены стандарты: Технические условия, технические требования, стандарты типов изделий и их основных параметров, методов испытаний, правил приемки, маркировки, упаковки, транспортировки, хранения и др.

Кроме госстандарта — обязательного документа , в системе государсвенной стандартизации в строительстве, действуют также нормативные документы рекомендательного характера – это Строительные Нормы и Правила (СНиП),при этом некоторые положения СНиП также могут быть обязательны к исполнению.

Таким образом, выбор материала определяется исходя из его свойств в соответствие с условиями работы материала в сооружении, а также экономическими и экологическими факторами.

ПРИМЕР: Ограждающие конструкции — стена.

-прочность , теплопроводность, звукоизоляция, морозостойкость, водостойкость,

Дамба, плотина — прочность, морозостойкость, водостойкость, водонепроницаемость, коррозионная стойкость.

Строительные материалы характеризуются химическим, минеральным и фазовым составом.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ – позволяет судить о некоторых свойствах строительных материалов : огнестойкости, биостойкости, механических и других характеристиках строительных материалов. Химический состав неорганических вяжущих веществ (цемент, гипс, известь и др.) и каменных материалов удобно выражать количеством содержащихся в них оксидов. Основные и кислотные окиды химически связаны между собой и обрауют минералы, которые определяют многие свойства материалов.

МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ – показывает какие минералы и, в каком количестве содержатся в вяжущем веществе или материале.

ФАЗОВЫЙ СОСТАВ – характеризуется наличием и соотношением в материале твердого вещества, воздушных пор и воды в порах. Наличие этих фаз и фазовые переходы воды – оказывают влияние на все основные свойства материалов. Твердое вещество в материале создает жесткий каркас материала с распределенной системой пор – частично или полностью заполненных водой. В зависимости от температуры вода в порах может находиться в жидком, газообразном и твердом состоянии в виде льда. Соответственно и свойства материала в этих случаях будут существенно меняться.

СТРУКТУРА материала – взаимное расположение, форма, размеры частиц материала, наличие пор, их размер и характер.

СТРУКТУРА материалов изучается на 3-х уровнях:

МАКРОСТРУКТУРА – строение видимое невооруженным глазом. Макроструктура твердых строительных материалов может быть :

— Конгломератная – частицы разной крупности — бетон, керамогранит,

— Ячеистая — много пор – газобетон, пенопласт,

— Волокнистая – древесина, асбест

— Слоистая – фанера, бумапласт,

— Рыхлозернистая – песок, щебень, цемент

МИКРОСТРУКТУРА – строение видимое в оптический микроскоп . Микроструктура вещества, входящего в состав строительного материала может быть аморфной и кристаллической.

Аморфные вещества – химически более активны, характеризуются изотропностью – равномерностью свойств во всех направлениях. При нагревании размягчаются, переходя в жидкое состояние. Не имеют четко выраженной температуры плавления.

Кристаллические вещества – анизотропны – в разных направлениях имеют разные свойства, имеют определенную геометрическую форму – куб,тетраэдр, и т.д., определенную температуру плавления, более прочны.

ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА – изучается на малекулярно-ионном уровне, узучаемом методами: РСА (рентгено-структурного анализа), электронной микроскопии, ДТА (дифференциально – термического анализа) и др.

Внутреннее строение вещества определяет его механические свойства , прочность, тугоплавкость и т.д., и характеризуется взаимным расположением атомов, молекул, ионов, расстоянием между ними, характером связи (ковалентная, ионная, ван-дер-вальсовая, межмолекулярные), сил сцепления, структурой кристаллической решетки.

В строительных материалах практически всегда имеются неоднородности строения, дефекты строения (поры, трещины), которые также в значительной степени влияют на свойства материалов – ухудшая их. В целом структура материала всегда обусловливает его свойства. С увеличением пористости материала — прочность, плотность, теплопроводность как правило уменьшается.

Классификация строительных материалов. Взаимосвязь свойств строительных материалов и их структуры.

По назначению строительные материалы принято делить на следующие группы:

• вяжущие строительные материалы (различные виды цементов, известь, гипс).

•          стеновые материалы. К этой группе относятся естественные каменные материалы, керамический и силикатный кирпич, бетонные, гипсовые и асбестоцементные панели и блоки, ограждающие конструкции из стекла и силикатного ячеистого и плотного бетона, панели и блоки из железобетона;

•          отделочные материалы и изделия — керамические изделия, а также изделия из архитектурно-строительного стекла, гипса, цемента, изделия на основе полимеров, естественные отделочные камни;

•          тепло- и звукоизоляционные материалы и изделия — материалы и изделия на основе минеральных волокон, стекла, гипса, силикатного вяжущего и полимеров;

•          гидроизоляционные и кровельные материалы ~ материалы и изделия на основе полимерных, битумных и других связующих, асбестоцементный шифер и черепица;

•          герметизирующие — в виде мастик, жгутов и прокладок для уплотнения стыков в сборных конструкциях;

•          заполнители для бетона ~ естественные, из осадочных и изверженных горных пород в виде песка и щебня (гравия), и искусственные пористые;

Внимание!

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к
профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные
корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

•          штучные санитарно-технические изделия и трубы — из металлов, керамики, фарфора, стекла, асбестоцемента, полимеров, железобетона.

По виду исходного сырья строительные материалы делят на природные и искусственные, минеральные и органические.

Свойства строительного материала определяются его структурой. Для получения материала заданных свойств следует создать его внутреннюю структуру, обеспечивающую необходимые технические характеристики. В конечном итоге знание свойств материалов необходимо для наиболее эффективного его использования в конкретных условиях эксплуатации.

Структуру строительного материала изучают на трех уровнях: макроструктура — строение материала, видимое невооруженным глазом; микроструктура — строение, видимое через микроскоп; внутреннее строение вещества, изучаемое на молекулярно-ионном уровне

Поможем написать любую работу на аналогичную
тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему
учебному проекту

Узнать стоимость

С ПВХ изоляцией PTFE мембранные структуры строительных материалов

С ПВХ изоляцией PTFE мембранные структуры строительных материалов

Описание:
 

Сотрудничество:

Функция:
 
1.высокой прочности и интенсивности, но и малый вес
2.водонепроницаемый, УФ сопротивление, теплоизоляция ,анти-старения, коэффициентом пропускания света  ect.                                         
3.влаги, дым, звуконепроницаемые самоочищающийся, красивый вид
4.современный дизайн и простота установки
5.используется в сезонных или постоянных структур для использования в спортивных и рекреационных объектов в гимназиях,  
На стадионах, бассейны , кафетерии и продовольственной , выставки и обычных  
Центры, навесами и  parkings автомобиля и т.д.

Наша компания :

 Шэньчжэнь Folan Строительство Co., Ltd. С момента своего создания, открыть рынки у себя дома и за рубежом, сферы бизнеса компании, в том числе архитектурное пространство при разработке и осуществлении программ структурной, статический и динамический анализ конструкции, мембрана структуры органа анализ, проектирование, обработки пленки и общую структуру установки, технического обслуживания, такие как полный спектр услуг. Компании с его великолепным дизайном, строительства и улучшения своих услуг для наших клиентов и сообщества получила широкое признание, производительность по всей стране и стать ряд внутренних стальных структуру, мембрана структуру, сетевых компаний и назначил Институт назначенных сотрудничеству.

Области применения:

 Это своего рода  натяжение мембранных структур могут  широко использоваться в сезонных или постоянных структур для использования в спортивных и рекреационных объектов в гимназиях,  стадионов, бассейны , кафетерии и продовольственной , выставки и обычных центров, навесами и  parkings автомобиля и т.д.  

Сертификация:

Часто задаваемые вопросы:

1.Вы на заводе?
Да, я являюсь на заводе.

2. Вы можете распечатать наши логотипы на палатку?  
Да.Специализированные логотипы можно печатать на палатка ткань в соответствии с вашими требованиями.
 
3.В. Каковы Ваши образцы политики?
   A: Мы способны поставлять образцы, если мы готовы детали на складе, но заказчики могут оплатить стоимость выборки и курьера.

4.В. можно производить в соответствии с образцами?
   Ответ: Да, мы можем производить ваши образцы или технические чертежи. Мы можем опереться на пресс-форм и арматуры.

5. — это ваша палатка достаточно прочной и стабильной? Как насчет ветровой нагрузки?
Да, это может оказать сопротивление ветра до 100 км/ч, если скорость ветра или снега — это очень тяжелое, сообщите нам и мы будем укреплять палатки для обеспечения безопасной.

Представлена новая структура ТК 465 «Строительство»

Первое заседание Технического комитета 465 «Строительство» под председательством заместителя Министра строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации Хамита Мавлиярова, недавно назначенного председателем комитета, состоялось 16 ноября в Минстрое России. Главными темами обсуждения стала обновленная структура комитета и разработка программ техрегулирования по строительству и отраслям промышленности строительных материалов в 2017 году.

Во вступительном слове Хамит Мавлияров отметил, что перед ТК 465 «Строительство», который работает на базе подведомственного Минстрою России ФАУ «ФЦС», стоят важные задачи по организации разработки национальных и межгосударственных стандартов и новых сводов правил в строительном комплексе, их экспертизе и подготовке к утверждению в Росстандарте, а также по ежегодному планированию работ в этой области.

«Это важная работа, потому что любые технические нормы в конечном итоге влияют на стоимостные показатели стройки. Необходимо осуществлять техническое регулирование в тесной взаимосвязи технических и сметных норм», — сказал замминистра, выступая перед активом ТК465.

На совещании была представлена новая структура ТК 465. Рабочие группы, созданные в течение последних 10 лет, получат статус подкомитетов. Это поднимет уровень ответственности экспертных заключений при подготовке нормативно- технических документов. Всего таких подкомитетов будет 28.

Ответственный секретарь ТК 465 Татьяна Мартынова отчиталась о деятельности комитета в 2016 году. За это время комитетом подготовлено и будет принято 115 сводов правил, 129 стандартов. Плановый объем работы ТК 465 до 2018 года включает в себя экспертизу порядка 380 проектов нормативно-технических документов в сфере строительства и промышленности строительных материалов.

Собравшиеся на совещании эксперты подняли наболевшие вопросы, в том числе тему вычленения строительных материалов из ТК «Строительство». Президент РААСН Александр Кузьмин отметил: «Необходимо объединить усилия специалистов ТК 465, Российской Академии архитектуры и строительных наук, ведущих научных учреждений для выработки программы дальнейших действий в целях создания гармоничной нормативно-технической базы в градостроительстве. В целом усилия ТК 465 должны быть направлены на урегулирование возникающих разногласий и исключение «растаскивания» нормирования по ведомствам». Заместитель руководителя подкомитета ПК24, директор Органа по сертификации оконной и дверной техники «ЦС ОДТ» Татьяна Власова рассказала, что выделение стекла в отдельный технический комитет несколько лет назад, сегодня привело к резкому падению качества окон.

Кроме того, была отмечена большая работа ТК на межгосударственном и международном уровне. «В рамках ЕАЭС предусмотрена разработка комплекса межгосударственных нормативных документов, включающих около 45 межгосударственных строительных норм и 200 правил. Точный объем и состав доказательной базы технического регламента ЕАЭС должен быть определен после совместной научной работы с Белоруссией и Казахстаном. Кроме того, Россия вернула свое деятельное участие в системе международной стандартизации ИСО, являясь участником 14 комитетов по строительству», — отметил Хамит Мавлияров.

По словам замминистра, предложения экспертов, прозвучавшие на совещании, станут основой для систематизации работы ТК 465 «Строительство».

16.11.2016

Строительный материал — обзор

1.4 Заключительные замечания

Мы видим, что дальнейший прогресс в транспортных системах и технике преобразования энергии, ⁶ сильно зависит от наличия конструкционных материалов с более высокими значениями прочности и вязкости разрушения, более высокой жесткостью, более высокой работоспособностью. температуры и более низкая плотность. Если посмотреть вокруг, то можно увидеть, что технический потенциал металлических сплавов, которые являются основным классом конструкционных материалов, в настоящее время практически исчерпан.Техническая история железного века, полная блестящих инноваций в металлургии, как ни парадоксально, привела к поиску неметаллических веществ для использования в конструкционных материалах.

Несмотря на то, что керамика известна еще с каменного века, это действительно новый класс веществ для конструкционных материалов. Мы кратко рассмотрели способы приближения керамики к границам, при которых она будет соответствовать требованиям к конструкционным материалам. Однако эти способы не дают универсальных решений, улучшение вязкости разрушения не является удовлетворительным для подавляющего большинства приложений.

Таким образом, появление полимеров, армированных стекловолокном (GFRP), а затем полимеров, армированных углеродным волокном (CFRP), является огромным шагом в правильном направлении. Хрупкое вещество, стекло или углерод, стало частью конструкционных материалов. Высокомодульные и высокопрочные графитовые волокна, склеенные вместе со слабым полимером, распространились по большой области различного применения, что демонстрирует возможность преодоления присущей керамическим веществам хрупкости за счет сочетания их волокнистой формы и слабых границ раздела между волокнами!

Однако возникает вопрос, когда мы смотрим на комбинацию явно высокотемпературного материала, такого как углерод, и явно низкотемпературного органического вещества.Это естественное сочетание? Ответ не очевиден. Посмотрите на структуру природных материалов: они состоят из керамики и органики [110]. Возможно, Природа оптимизирует состав биологических структур, ограничивая себя как доступными минеральными компонентами, так и необходимостью использования органики. Безусловно, наличие углеродных волокон и опыт использования стеклопластика в 60-е годы дает представление об углепластике. Это была отличная идея. Однако временное пространство, в котором действовала Природа, и условия, в которых люди разрабатывают новые конструкционные материалы, кардинально различаются.Так что отличная идея покажет и уже выявила недостатки. Полимеры с низким модулем упругости легко обеспечивают слабые связи между волокнами, и это заставляет трещину отслаивать поверхность раздела и изменять ее конфигурацию. Это хорошо, но в то же время может привести к неконтролируемому расслоению и изменению конфигурации всего элемента конструкции. Это провал. Следовательно, нужно очень тщательно проектировать композитный элемент, и это полезно … в основном для инженеров-механиков, участвующих в процессе.

Таким образом, армированные волокном полимеры продемонстрировали как потенциал волокнистой структуры, так и ограничения, налагаемые низкомодульными органическими веществами, используемыми в качестве связующего. Это породило идею комбинировать керамические волокна с металлической или керамической матрицей. Таким образом, мы снимаем ограничения полимеров, но создаем новые проблемы. Не говоря уже о технологических трудностях по сравнению с полимерными технологиями, важная проблема заключается в том, как сделать волокно и матричные материалы совместимыми, как приспособить микроструктуру композита к схеме нагружения и т. Д.Однако становится ясно, по крайней мере на качественном уровне, что, сочетая керамику и металлы, керамику и керамику, мы значительно расширяем использование керамики в качестве конструкционных материалов при условии, что нам удалось предотвратить хрупкое разрушение. Как достичь этой цели, мы поговорим в Части III.

В заключение отметим еще одно преимущество более широкого использования неметаллических веществ. Джон Бернал был первым, кто подчеркнул, что, когда мы используем нитриды, карбиды и т. Д., Мы потребляем химические элементы, которые не так редки на Земле, как металлы, используемые для конструкционных сплавов.Собственно, изменения экологических проблем, которые могут возникнуть в результате широкого использования композитов на основе керамики, пока не обсуждаются. Время для такого разговора еще осталось.

Когда здание рушится, куда уходят его материалы?

Переработка пяти основных материалов — стали, бетона, гипсокартона, стекла, полов — создает различные проблемы, но архитекторы могут стать частью решения.

Иллюстрация Б.Д. Graft

Чтобы понять здания, рассмотрите города.Это развивающиеся итеративные системы, периферия и внутренние районы которых вовлечены в их рост, требуя материальных потоков природных ресурсов и затрат энергии. То же самое и со зданиями, хотя такое мышление относительно ново. И по мере того, как городское развитие идет вперед, так же важно анализировать воплощенную энергию и материальную отдачу зданий, когда они опускаются, как и когда они поднимаются. Такие потоки иногда перенаправляются на переработанные продукты, но чаще они заканчиваются на свалках, в водных путях или в худшем случае.

По мере обострения экологического кризиса мы должны задаться вопросом: можем ли мы снизить нашу потребность в новых ресурсах? Нужно ли, чтобы наша искусственно созданная среда находилась в постоянном движении, в бесконечной череде разрушения и восстановления? Для Киля Мо, профессора архитектуры в Университете Макгилла, рассуждения о сносе и переработке являются «основополагающим принципом запланированного устаревания» и не являются «жизнеспособным способом думать об устойчивом строительстве». Сопротивление этому «циклу построек» придает большее значение архитектурному воображению — то, что должно волновать дизайнеров.Креативное повторное использование, модернизация и, что наиболее важно, проектирование программно универсальных зданий, которые продлятся долго, должны быть основными задачами архитекторов.

Но цикл снос-строительство также влечет за собой прагматические проблемы, которые могут предложить важные — хотя и принципиально постепенные — решения нашей проблемы с отходами. Проектирование для разборки должно стать частью архитектурной практики, а планирование систематической сортировки материалов во время сноса может облегчить их повторное использование.Высокие экологические и логистические затраты на вывоз, транспортировку и переработку материалов для вторичной переработки также должны заставить задуматься фанатиков-вредителей.

В конечном итоге, как только строительные материалы будут отвязаны от конструкции, они найдут новый дом, предпочтительно в контексте повышенного, вторичного или вторичного использования. Здесь мы рассматриваем потенциальный срок службы пяти основных строительных элементов: стали, стекла, бетона, гипсокартона и полов. Хотя такие примеры различаются по степени воздействия и доступности, они указывают путь к снижению экологических издержек, связанных с сносом, и к замкнутому кругу круговых проектирования, спецификации и разработки.

Иллюстрация Б.Д. Прививка

Сталь

Сталь

является наиболее распространенным конструкционным материалом для каркаса нежилых зданий в США и представляет собой идеальный пример потока рециркуляции, который приближается к круговороту. После сноса здания «почти вся сталь будет переработана», — говорит Мо. Фактически, сталь является самым перерабатываемым материалом в мире, при этом около 98 процентов конструкционной стали не приходится на свалки.

Это в значительной степени связано с характером самого производства стали, которое в значительной степени зависит от плавления уже существующей стали, а также с экономическими условиями цепочек поставок, которые стимулируют ее повторное использование.Другие металлы (включая алюминий) также часто повторно вводятся в производственный цикл, что Моэ называет «довольно стандартным потоком» в текущих условиях строительства. Например, сталь, изготовленная из лома, поступающего в качестве постпотребительского материала или как побочный продукт производства, экономит железо, уголь и известняк (не говоря уже о выбросах углерода) по сравнению с производством стали из первичных материалов.

Картина менее впечатляющая для стали, используемой в качестве арматуры и арматурного материала в бетонных конструкциях: по данным Института вторичной переработки стали, только 71% такой стали перерабатывается.Более низкий процент указывает на важность аккуратного разделения различных материалов во время сноса, чтобы лучше гарантировать их эффективное повторное использование. Хотя отсортировать элементы здания из нескольких материалов сложно, это может привести к более безопасному перепрофилированию.

Иллюстрация Б.Д. Прививка

Стекло

Архитектурное стекло — один из наиболее заметных строительных материалов, используемых сегодня, он используется в декоративных целях во всех интерьерах и применяется в оболочках сверхвысоких и «прозрачных» структур.После того, как стекло было удалено из своего строительного контекста, оно теоретически является удивительно повторно используемым материалом — бесконечно пригодным для вторичной переработки до первозданного качества — но несколько важных оговорок определяют его широкую способность к вторичной переработке. Основным препятствием является обеспечение того, чтобы стеклянные панели не смешивались с другим мусором во время сноса. Другой, по словам Сиднея Майнстера, дизайнера и директора по устойчивому развитию в Durst Organization, которой принадлежит около 16 миллионов квадратных футов коммерческих и жилых площадей в Нью-Йорке, связан с широко распространенной окраской стекла.«Из прозрачного стекла можно довольно легко превращаться в новые продукты, — говорит она, — но цветное стекло почти всегда оказывается на свалке». Мейнстер объясняет это отсутствием спроса со стороны конечных пользователей на изделия из переработанного стекла разной окраски: рынка просто нет.

Мик Паттерсон, дизайнер, который много исследовал и писал в области экологичности и архитектуры, говорит, что несколько способов обработки стекла и методов обработки поверхности также исключают возможность вторичной переработки. Во многих случаях процессы, предназначенные для улучшения характеристик стеклянной оболочки, такие как термообработка, ламинирование, покрытие, а также двух- и трехслойная изоляция, «делают первичный стеклянный материал непригодным для вторичной переработки.«В таких случаях, — говорит он, — сырье, а также его инженерное ноу-хау и производство становятся непригодными для использования. «Сосредоточившись на тепловых характеристиках, — добавляет он, — мы полностью пренебрегли такими важными атрибутами, как долговечность, повторное использование и возможность вторичной переработки».

Если ничего не помогает, стекло с высокими эксплуатационными характеристиками может быть переработано в виде заполнителя вместо мелкого гравия и камня. Таким образом, стекло находит свое применение в смесях для внутреннего использования, таких как керамические столешницы и бетон, хотя неясно, работают ли такие цементно-стеклянные смеси так же технически.

Иллюстрация Б.Д. Прививка

Бетон

Бетон имеет решающее значение при укладке фундаментов, разграничении полов и стен и армировании строительных элементов, но его составные ингредиенты, такие как цемент и заполнитель, не подлежат возобновлению. (Например, песок, самый распространенный заполнитель бетона, собирают почти до истощения.)

Существует как минимум два основных препятствия на пути переработки бетона. Как и многие строительные изделия, предназначенные для повторного использования или переработки, бетон сталкивается с проблемой изоляции основных материалов.Уложенный бетон никогда не бывает просто бетоном, он сочетается со всем, от строительного раствора и гипса до следов пластика, металлов и дерева, — говорит Блейн Браунелл, архитектор и редактор серии книг Transmaterial : «Основная трудность связана с различными загрязняющими веществами. которые часто попадают в мусор после сноса ». По словам Дирка Хебеля, профессора устойчивого строительства в Технологическом институте Карлсруэ, все более распространенные химические добавки в бетон также снижают его способность к вторичной переработке, поскольку нежелательные и потенциально опасные композиты не должны перерабатываться в новые продукты.По этим причинам, говорит Хебель, «обычно, когда мы говорим о вторичной переработке бетона, мы говорим о процессах вторичной переработки».

Чаще всего используется дробленый или галечный бетон в качестве заполнителя или наполнителя при строительстве дорожного полотна, подпорных стенах и земляных работах. Однако Браунелл предупреждает, что такое перепрофилирование инфраструктуры не так просто, как кажется. По его словам, использование различных агрегатов может быть «непростым делом», и процесс необходимо тщательно контролировать, чтобы обеспечить желаемые механические характеристики.Хебель добавляет, что «возможно только определенное процентное содержание [заполнителя бетона], чтобы обеспечить требуемую прочность».

Brownell и Hebel согласны с тем, что архитекторы и дизайнеры могут быть частью решения. Принимая меры для обеспечения чистой сортировки строительных материалов после сноса и работая с инженерами и подрядчиками над указанием в проектах бетона, содержащего вторичное сырье, они могут помочь уменьшить объем бетона, попадающего в наш поток отходов, и разработать основу для модели круговой конструкции. .

Иллюстрация Б.Д. Прививка

Гипсокартон

Гипсокартон (также известный как гипсокартон) составляет почти все стены, а также некоторые потолки в коммерческих зданиях. По крайней мере, теоретически, это чрезвычайно пригодный для вторичной переработки строительный материал, при условии, что его слои остаются нетронутыми. «Гипсокартон — это два листа бумаги, а затем гипсовая сердцевина», — говорит Майнстер из Durst Organization. «Вы хотите сохранить его как можно более цельным».

Бумажный конверт

Drywall может быть измельчен и переработан, как любая бумага или дерево, а гипсовая сердцевина может быть переработана в бесконечном количестве без какой-либо значительной потери производительности.«Это идеализированный цикл производства стеновых панелей с замкнутым циклом, — резюмирует Майнстер, — при условии предусмотрительности при планировании удаления материала. (Упаковочные машины и мусорные баки, обычно используемые при сносе зданий, исключены, поскольку они не сохраняют целостность гипсокартона.)

Основными целями строительства из гипсокартона, по словам Майнстера, должно быть сведение к минимуму использования гипса первичной добычи и отказ от синтетического гипса, который является побочным продуктом угольных электростанций и может быть токсичным из-за содержания в нем тяжелых металлов. .Законодательство может стать ключом к продвижению переработки гипсокартона, но законы различаются по всей стране. Особенно строгие законы, предписывающие повторное использование и запрещающие захоронение на свалках в Бостоне и на Тихоокеанском северо-западе — подобное предложение в настоящее время рассматривается в Нью-Йорке — привели к заметно высоким показателям переработки гипсокартона.

Иллюстрация Б.Д. Прививка

Напольное покрытие

Ковровая плитка и ПВХ, винил и эластичные поверхности преобладают в промышленных полах, и каждая из них сопряжена со своими проблемами вторичной переработки.Менее 10 процентов ковровых покрытий перерабатывается, и основное препятствие заключается в материалах, необходимых для укладки плитки, таких как клеи, латексная и карбонатная основа, а также полиуретановые подушки. Ряд производителей, таких как Shaw, Interface и Tandus Centiva, развернули программы утилизации и возврата, добившись значительного успеха в удалении отходов напольных покрытий со свалок, но они являются исключением, подтверждающим правило.

Шон Рэджил, президент и основатель CarpetCycle — компании из Нью-Джерси, которая стремится найти применение постпотребительским коврам и строительной продукции, — подчеркивает важность удаления ковровой плитки как можно более аккуратно.Это такой же экономический расчет, как и расчет материала: основы — это компоненты с низкой стоимостью, которые загрязняют более дорогие пластмассы, такие как нейлон и полипропилен; когда компоненты перемешиваются, «материалы по существу испорчены», — говорит Рагиэль. В отсутствие законодательства и экономических стимулов лучшая последняя мера, по словам Рэджила, — использовать измельченные ковры из широкотканого полотна в качестве заменителя угля в цементных печах — метод, распространенный в Европе.

Для полов с твердой поверхностью ситуация с переработкой ПВХ также неоднозначна.Несмотря на успешные инициативы производителей по переработке, «экономика производства дешевых пластмасс была мощным противовесом», — говорит Джим Валлетт, директор по исследованиям сети Healthy Building Network. Кроме того, несмотря на стремление к прозрачности материалов, токсичные ингредиенты по-прежнему преобладают в роскошной виниловой плитке и ПВХ, что исключает возможность вторичной переработки этих поверхностей. Клеи, изоляция и герметики также мешают усилиям по переработке: по словам Валлетта, даже лидеры в секторе напольных покрытий из вторсырья редко могут предложить продукты с содержанием постпотребителя более 20 процентов.«Следующим этапом для компании является достижение истинной цикличности», — говорит он. «Полы из зеровиргинского материала были бы настоящим достижением».

Вы также можете воспользоваться «Глоссарием устойчивого развития: 6 терминов, которые вы должны знать».

6 новых материалов, меняющих коммерческое строительство

Когда цемент трескается, это гораздо более серьезная проблема, чем люди думают. Эстетика — это одно, но в конечном итоге вода попадет в трещину и начнет стирать оставшийся бетон и стальные конструкции, встроенные для дополнительной прочности.В окружающей среде, которая становится холодной, эта проблема усугубляется действием замораживания-оттаивания: вода в трещине расширяется при замерзании, раздвигая каждую сторону немного дальше друг от друга, только для того, чтобы снова оттаять и оседать дальше в трещину.

Но что, если бетон может самовосстанавливаться? Или асфальт, или даже металл? Мир мог бы сэкономить неисчислимые миллиарды долларов только на ремонте и ремонте, не говоря уже о снижении вреда для окружающей среды.

По мере развития исследований и разработок в области материаловедения появляются новые способы строительства зданий.Некоторые неизбежно найдут свое место в небольших нишах, другие могут оказаться широко применимыми, но несомненно то, что здания следующего десятилетия будут более прочными, более экологичными и более рентабельными, чем здания прошлого. один.

Вот 6 новых материалов, которые могут изменить коммерческое строительство к лучшему:

1. Массовая древесина

Люди строили из дерева с тех пор, как впервые вышли из пещер, но в наше время такие материалы, как цемент и сталь, почти вытеснили их для высоких зданий.Для этого есть веская причина: дерево обычно слабее других материалов и уязвимо для огня.

Тем не менее, после федерального исследования более совершенных технологий деревянного строительства, старая собака строительной индустрии находит новые уловки. Массивная древесина, в которой массивная древесина обшита панелями и ламинирована для повышения прочности и других полезных свойств, помогает высоким деревянным зданиям снова появляться в городах по всей Америке.

В категорию массовых пиломатериалов входят несколько видов клееной древесины, в первую очередь поперечно-клееная древесина и клееная древесина.Клееный брус состоит из нескольких склеенных между собой кусков пиломатериалов, которые используются для создания прочных балок. Поперечно-клееный брус состоит из кусков пиломатериалов, уложенных в чередующихся направлениях, из которых получаются большие панели, способные выдержать большой вес.

Оба вида древесины удивительно огнестойки. The Atlantic сообщает, что внешние слои при горении создают обугливание, которое помогает изолировать остальную часть дерева. В ходе испытаний на огнестойкость они продемонстрировали способность сохранять свою структурную целостность.

Древесина массивных пород способствует улавливанию углерода по мере роста деревьев и его последующему улавливанию в зданиях. Согласно одному исследованию, опубликованному в журнале Journal of Sustainable Forestry , с помощью устойчивых методов ведения лесного хозяйства можно предотвратить от 14 до 31 процента глобальных выбросов, заменив материалы, используемые в зданиях и мостах, на дерево.

2. Самовосстанавливающиеся материалы

Также интересны недавние разработки в области самовосстанавливающегося цемента.Как мы уже упоминали выше, даже небольшая трещина в бетонной конструкции может перерасти в гораздо большую и более дорогостоящую проблему. По данным CityLab, материаловеды недавно нашли новый способ использования живых спор, чтобы помочь бетону зашить при появлении трещин!

Решение состоит из небольших водопроницаемых капсул, которые можно смешивать с влажным бетоном. После схватывания и высыхания бетона споры пребывают в приостановленном состоянии — точно так же, как пакеты с сухими дрожжами. Когда трещина открывается в бетоне и заполняется водой, они начинают расти и производить кальцит, кристаллическую форму карбоната кальция, содержащуюся в мраморе и известняке.Кальцит заполняет трещины в бетоне и затвердевает, предотвращая расширение трещины.

Самовосстанавливающийся бетон может помочь зданиям, туннелям, мостам и другим конструкциям прослужить дольше без значительного ремонта или замены. Деньги, которые можно было бы сэкономить в долгосрочной перспективе, трудно подсчитать, как и сокращение выбросов углерода. Тем не менее, затраты сейчас значительно выше, чем на обычный бетон, и если они не снизятся, это может быть вариантом только для проектов, которые должны длиться долгое время.

3. Кирпичи для очистки воздуха

Качество воздуха в помещениях (IAQ) становится все более важной проблемой для коммерческой недвижимости, поскольку мы лучше понимаем, как искусственная среда влияет на здоровье тех, кто в ней живет и работает. Нет недостатка в способах улучшения качества воздуха в помещении, но большинство из них требует активного использования энергии для фильтрации воздуха. Такой подход приводит к увеличению выбросов углерода и других загрязнителей в воздух в долгосрочной перспективе.

Кармен Трюделл, доцент архитектурной школы Калифорнийского политехнического университета в Сан-Луис-Обиспо и основательница кафедры ландшафта и архитектуры, изобрела пассивную систему, которая использует кирпичи снаружи здания, чтобы отфильтровать более тяжелые частицы в воздухе. он входит в пространство.Бетонные кирпичи направляют воздух во внутреннюю секцию циклонной фильтрации, которая отделяет тяжелые элементы и сбрасывает их в бункер у основания стены. Затем чистый воздух втягивается в здание механически или пассивно, и для обслуживания можно просто периодически снимать и опорожнять бункер.

В ходе испытаний система удалила около трети мелких твердых частиц и 100 процентов крупных частиц. Более того, система Труделл недорога по сравнению с альтернативными вариантами, и она предполагает использовать их в развивающихся странах.

4. Жгуты

В Японии, где землетрясения являются прискорбным явлением жизни, лаборатория Komatsu Seiten Fabric покрыла свой головной офис термопластичным композитом из углеродного волокна, который она называет CABKOMA Strand Rod. Композит покрыт неорганическими и синтетическими волокнами и отделкой из термопластической смолы, с использованием предела прочности на разрыв для создания самой легкой в ​​мире системы сейсмического армирования.

Стержни почти в пять раз легче металлической проволоки той же прочности, что создает удивительно привлекательный узор.Кроме того, они довольно эффективны — здание соответствует требованиям, предъявляемым к сейсмической арматуре.

Найдут ли стальные стержни свой путь в (или на самом деле) в здания по всему миру? Это еще предстоит выяснить. На веб-сайте компании не приводится подробная информация о стоимости, которая часто является решающим фактором.

5. Пассивная охлаждающая керамика

Кондиционирование воздуха — это энергоемкий процесс, на который приходится значительная часть глобальных выбросов углерода.Пассивные методы охлаждения использовались веками, но большинство из них неэффективны, когда на улице очень жарко, и многие из них вступают в конфликт с искусственным охлаждением, а не поддерживают его. Однако недавно студенты из студии Digital Matter Intelligent Constructions Института передовой архитектуры Каталонии придумали фасад, сделанный из глиняного композита и гидрогеля, который охлаждает здания так же, как наша кожа охлаждает наши тела.

Наши тела потеют, чтобы нас охладить. Когда наша кожа мокрая, тепло передается воде, и самые горячие частицы воды испаряются, унося тепло с собой.Этот материал действует точно так же. Вода собирается в каплях гидрогеля, которые заключены в глиняный композит. По мере того, как здание нагревается, тепло передается воде, а затем теряется на испарение. Этот эффект происходит намного быстрее, когда жарче, а это означает, что система также реагирует на температурные условия.

Учащиеся, ответственные за проект, обнаружили, что он может снизить температуру до 6,4 градуса по Цельсию в течение 20 минут. В идеальных условиях это могло бы привести к сокращению использования кондиционеров на 28 процентов, что привело бы к значительной экономии и сокращению выбросов углерода.

6. Мусор

Пластиковые бутылки можно использовать в различных целях.

Да, мусор. Архитекторы и строители, стоящие на переднем крае экологического движения, используют переработанные материалы, такие как металлолом, картон и даже пластиковые бутылки, для создания новых зданий с меньшим углеродным следом.

Вторичный картон, например, используется для создания высококачественной целлюлозной изоляции, которая превосходит изоляцию, изготовленную с использованием традиционных технологий. В UltraCell Insulation используется влажный процесс, в отличие от старых сухих процессов, которые приводят к загрязнению и образованию пыли.

Пластиковые бутылки из-под газировки и воды всегда перерабатывались, но, как правило, их можно использовать для создания новых бутылок только несколько раз, прежде чем их нужно будет утилизировать. В последние несколько десятилетий пластиковые бутылки все чаще находят новые более длительные сроки службы в виде ковров из ПЭТ (полиэтилентерефталата). ПЭТ в бутылках идеально подходит для изготовления мягких волокнистых ковров, а когда он подходит к концу в качестве ковра, его можно снова использовать в автомобильных деталях, набивке и изоляции.

Недавно на Губернаторском острове Нью-Йорка был проведен конкурс на предмет того, как дизайн может использоваться для решения экологических проблем.В результате получилось завораживающее сочетание искусства и экологичного дизайна. Команда Эзопа из пяти человек выложила пять тонн глины для сушки, в результате чего образовались большие органические трещины. Затем они были заполнены расплавленными алюминиевыми банками из местного центра по переработке, чтобы создать панели павильонов, которые будут прочными, легкими и естественно привлекательными.

По мере того, как федеральное правительство отходит от лидерства по вопросам окружающей среды, штаты, частный бизнес и потребители начинают вмешиваться, чтобы восполнить пробел. Ожидайте, что в строительстве будет использоваться все больше новых материалов по мере того, как они станут финансово устойчивыми.

18 Строительные материалы будущего, которые изменят конструкцию

На протяжении веков мы видели, как строительная отрасль претерпевала ряд инноваций в строительных материалах. От прочного бетона, используемого в древних сооружениях до производства стали для мостов и небоскребов, эти материалы сформировали то, как мы строим сегодня, и повлияли на некоторые из величайших архитектурных достижений. В то время как некоторые материалы просто эволюционировали с течением времени (например, бетон и мрамор), на горизонте появляются новые передовые материалы.

Итак, что же движет этими инновациями? Несмотря на рост, строительная отрасль сталкивается с рядом проблем. От стихийных бедствий, таких как пожар и явных затрат, до экологических проблем и неэффективности, отрасль изо всех сил пытается угнаться за спросом, сохраняя при этом объем производства. Строительные проекты потребляют 50% наших ресурсов от природы, что часто приводит к дополнительным затратам, задержкам строительства и потраченным впустую материалам.

Для решения некоторых из этих проблем многие инновационные компании разрабатывают новое поколение строительных материалов.Материалы конструируются так, чтобы они были умнее, прочнее, устойчивее, изящнее и менее вредными для окружающей среды. BIQ House в Гамбурге, Германия, дает прекрасную возможность заглянуть в будущее. BIQ, построенный из живых водорослей, может использовать собственное электричество. Его эстетика не только напоминает впечатляющие научно-фантастические здания из поп-культуры, но и его влияние на окружающую среду открывает большие перспективы для устойчивого будущего.

Чтобы оставаться конкурентоспособными, строительные компании должны быть в курсе этих инновационных материалов.Здания, построенные из самых современных материалов, будут лучше оборудованы для решения текущих задач, уменьшения выбросов углекислого газа и оказания влияния на отрасль.

Несмотря на то, что научные открытия могут занять несколько десятилетий, прежде чем их можно будет найти на стройплощадке, грядет новое поколение материалов. Вот 18 материалов, которые в настоящее время производят ажиотаж в строительстве и вполне могут изменить наш способ строительства.

Строительное будущее меняется от материалов, генерирующих собственную энергию, до материалов, обеспечивающих более надежную защиту конструкции.Хотя многие из этих инноваций еще не реализованы в полномасштабных зданиях, они могут появиться в ваших проектах в течение следующих одного или двух десятилетий. А до тех пор, оставаясь в тренде, вы сможете улучшить свою прибыль и сыграть свою роль в сохранении окружающей среды.

Дополнительные источники:
Regan Industrial | GenieBelt | Ферровиал | Новости строительства | PlanGrid | AutoDesk | B1M | Ричард Ван Худжидонк | Блог Natural Building | Gizmodo | TreeHugger | Архитектурный дайджест

Похожие сообщения

Сопротивление материалов — Урок

(1 Рейтинг)

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 8
(6-8)

Требуемое время: 30 минут

Зависимость урока: Нет

Тематические области:
Физические науки

Резюме

Студенты узнают о разнообразии материалов, используемых инженерами при проектировании и строительстве современных мостов.Они также узнают о свойствах материалов, важных для строительства мостов, и рассматривают преимущества и недостатки стали и бетона как обычных материалов для строительства мостов, способных выдерживать сжимающие и растягивающие усилия.
Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

При проектировании таких конструкций, как мосты, инженеры тщательно выбирают материалы, предвидя силы, которые, как ожидается, будут испытывать материалы (компоненты конструкции) в течение их срока службы.Обычно для компонентов, испытывающих растягивающие нагрузки, используются пластичные материалы, такие как сталь, алюминий и другие металлы. Хрупкие материалы, такие как бетон, керамика и стекло, используются для компонентов, которые испытывают сжимающие нагрузки.

Цели обучения

После этого урока учащиеся должны уметь:

• Перечислите несколько распространенных материалов, использованных при проектировании и строительстве конструкций.
• Опишите несколько факторов, которые инженеры учитывают при выборе материалов для конструкции моста.
• Объясните преимущества и недостатки обычных материалов, используемых в инженерных сооружениях (сталь и бетон).

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12,
образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) ,
проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика;
внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука

Общие основные государственные стандарты — математика

• Разбирайтесь в проблемах и настойчиво их решайте.(Оценки
  К —
  12)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

• Рассуждайте абстрактно и количественно.(Оценки
  К —
  12)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

• Бегло складывайте, вычитайте, умножайте и делите десятичные дроби, используя стандартный алгоритм для каждой операции.(Оценка
  6)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

• Решайте реальные и математические задачи, связанные с площадью, объемом и площадью поверхности двух- и трехмерных объектов, состоящих из треугольников, четырехугольников, многоугольников, кубов и прямых призм.(Оценка
  7)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология

• Здания обычно содержат множество подсистем.(Оценки
  6 —
  8)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

• Выбор конструкций для конструкций основан на таких факторах, как строительные законы и нормы, стиль, удобство, стоимость, климат и функция.(Оценки
  6 —
  8)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ

Колорадо — математика

• Бегло складывайте, вычитайте, умножайте и делите многозначные десятичные дроби, используя стандартные алгоритмы для каждой операции.(Оценка
  6)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  Спасибо за ваш отзыв!

• Решайте реальные и математические задачи, связанные с площадью, объемом и площадью поверхности двух- и трехмерных объектов, состоящих из треугольников, четырехугольников, многоугольников, кубов и прямых призм.(Оценка
  7)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  Спасибо за ваш отзыв!

Колорадо — наука

Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Рабочие листы и приложения

Посетите [www.teachengineering.org/lessons/view/cub_brid_lesson04], чтобы распечатать или загрузить.

Больше подобной программы

Разрушение формы

В этом задании по математике учащиеся проводят тест на прочность с использованием пластилина для моделирования, создавая свои собственные графики зависимости напряжения от деформации, которые они сравнивают с типичными графиками для стали и бетона. Они узнают разницу между хрупкими и пластичными материалами и, в частности, разбираются в прочности материалов…

Механика упругого твердого тела

Учащиеся вычисляют напряжение, деформацию и модуль упругости, а также узнают о типичной инженерной диаграмме напряжения-деформации (графике) упругого материала.

Предварительные знания

Это полезно, если учащиеся знают о нескольких типах мостов, таких как балочные, арочные и подвесные.Они также должны понимать силы сжатия и растяжения, влияющие на прочность моста.

Введение / Мотивация

Как вы знаете, мосты строятся в первую очередь с целью создания прохода из одной точки в другую — это включает в себя соединение людей с другими местами, сокращение расстояний поездки, доступ к торговым районам, портам, промышленным предприятиям и обеспечение других видов торговли. Фактически, вероятно, каждый из нас когда-нибудь строил собственные мосты.Вы когда-нибудь клали деревянную доску поперек ручья, канавы или грязного участка двора? Какие материалы вы использовали? (Попросите студентов поделиться своим опытом, в котором они использовали доступные материалы для создания моста между двумя местами.)

Вы когда-нибудь смотрели на мост и задавались вопросом, из чего он сделан и откуда берутся материалы? Представьте наш пример деревянной доски, перекрывающей небольшой ручей; Вы заметили, как доска наклоняется вниз, когда вы ходите по ней? Подойдет ли этот же материал для действительно длинного моста через большой водоем? Может быть нет.Материалы, которые используются даже для простых мостов, таких как переход через ручей, показывают нам, насколько важно изучение материалов для проектирования и строительства мостов.

При проектировании мостов инженеры должны действительно понимать свойства имеющихся материалов. И при выборе материалов для строительства моста необходимо учитывать множество факторов. Что это за вещи? (Возьмите идеи у студентов, запишите их на доске и обсудите каждую.) Прочность материала обычно является первым, на что обращают внимание инженеры.Они также думают о стоимости, доступности и пригодности этого материала для конкретного моста. В некоторых случаях скорость строительства является фактором, который также может варьироваться в зависимости от выбранных материалов. После урока учащиеся могут продолжить изучение концепции силы и соответствующих свойств в практическом задании «Разрушая плесень!».

Какие материалы обычно используются при строительстве мостов? (Возьмите идеи у студентов, запишите их на доске.) Сталь и бетон — самые популярные варианты строительства современных мостов. Другие материалы включают дерево, железо (другой тип стали), пластик и камень. До появления стали и бетона большинство мостов были деревянными, веревочными и / или каменными. Камень полезен только для обработки сил сжатия и поэтому чаще всего используется в арочных мостах. Из дерева часто строили мосты, которые требовали более коротких пролетов, таких как пересечение ручьев или оврагов. Дерево также использовалось с веревкой для пересечения более широких рек и каньонов.

Пример стального моста, мост Фолс-Крик, Ванкувер, Канада. Авторское право

Copyright © 2003 Denise W. Carlson. Используется с разрешения.

Когда люди научились создавать железо (отсюда и «железный век»), стал доступен новый материал для строительства мостов. Однако железо — хрупкий материал и может внезапно сломаться без предупреждения. Итак, люди возились с ним, чтобы изобрести более очищенное железо, названное сталью. Сталь является полезным мостовидным материалом из-за ее высокой прочности как на сжатие, так и на растяжение.Сталь также является пластичным материалом, что означает, что ей можно легко гнуть или придавать различные формы. Сталь звучит как идеальный материал, но она также стоит дорого.

Бетон — еще один важный материал. В 1824 году британский каменщик по имени Джозеф Аспдин производил цемент на своей кухне. Этот первый тип цемента состоял из нагретой смеси мелко измельченного известняка и глины, которая затем была измельчена в порошок. Когда этот порошок был смешан с водой, он затвердел. Этим изобретением Аспдин заложил основу современной цементной промышленности (каламбур!).Какое отношение цемент имеет к бетону? Цемент — это ингредиент, необходимый для изготовления бетона. Бетон состоит из цемента, воды, песка и крупного заполнителя (или гравийной породы). При смешивании цемента и воды образуется паста, которая покрывает поверхность мелкого (песок) и крупного заполнителя (гравийная порода). В результате химической реакции, называемой гидратацией, паста затвердевает и набирает прочность, образуя каменную массу, известную как бетон. Бетон — это универсальный материал, которому можно легко придать форму с помощью форм (как форм).Хотя бетон чрезвычайно прочен на сжатие, он чрезвычайно слаб при растяжении. При проектировании бетонных конструкций инженеры часто не учитывают какие-либо силы растяжения в бетонной детали. Чтобы компенсировать слабые свойства бетона при растяжении, в бетон часто закладывают сталь, чтобы выдерживать любые растягивающие усилия. Такое сочетание бетона с закладной сталью называется железобетонным.

Мост через озеро Темпе-Таун, Темпе, Аризона. Авторские права

Авторские права © Tempe Town Lake, Аризона, http: // www.tempe.gov/lake/Events/.

Иногда инженеры должны проектировать мосты, используя как можно меньше материалов. Одним из примеров мостовой системы с минимальным использованием материалов, которая обеспечивает важные связи между людьми, сообществами и ресурсами, является технология проволочных мостов, используемая в сельских районах Непала, называемая эко-мостами. Эти мосты используются для перевозки людей и материалов и служат эффективным мостом между общинами и труднодоступными местами.

Переправа через реку Камро в Непале по проволочному мосту.авторское право

Авторское право © Ecosystems Pvt. ООО http://www.ecosystemsnepal.com/wire.php.

Какие преимущества может дать этот тип моста? (Возьмите идеи у студентов и обсудите каждую из них.) (Возможные ответы: относительно низкая стоимость, минимальные требования к материалам, минимальное воздействие на окружающую среду, низкие требования к техническому обслуживанию и стоимости, безопасны, портативны и подходят для пешеходных видов транспорта.) Проволочные мосты имеют минимальные размеры. воздействие на окружающую среду, среду обитания и природные ландшафты.Они не требуют особого обслуживания, имеют немного (если вообще есть) несчастных случаев или смертельных случаев и довольно портативны. Проволочный мост также способствует развитию пешеходных видов транспорта, что лучше для личного здоровья и поддержания устойчивости общества. В чем могут быть недостатки простого проволочного моста в некоторых ситуациях? (Возможные ответы: не подходит для перевозки тяжелых грузов, высоких транспортных средств или железнодорожного транспорта.)

Итак, какие инженеры по материалам используют для проектирования и строительства мостов в наших городах? (Возможные ответы: бетон для фундаментов и анкеров, сталь для балок и тросов и т. Д.)

Предпосылки и концепции урока для учителей

При строительстве современных мостов используются два основных материала: сталь и бетон. Другие типы материалов используются не так часто, как сталь и бетон. В следующем разделе более подробно описаны свойства стали, бетона и типичных материалов, а также технические термины, используемые при проектировании моста.

Сталь

Сталь — это форма железа, которая создается из железной руды, породы с высокой концентрацией железа.Обычные железные руды включают гематит (Fe ₂ O ₃ ), магнетит (Fe ₃ O ₄ ), лимонит (Fe ₂ O ₃ ) и сидерит (FeCO ₃ ). Все железные руды содержат железо в сочетании с кислородом. Чтобы сделать железо из железной руды, необходимо удалить кислород. Один из способов добиться этого — использовать печь для обжига или доменную печь (см. Раздел «Дополнительная мультимедийная поддержка», где можно найти ссылку на анимацию доменной печи). В результате этого процесса образуется неочищенное железо, называемое «чушковым чугуном», которое содержит 4-5% углерода и настолько твердое и хрупкое, что практически бесполезно.Из чугуна получают либо «кованое железо», удаляя большую часть углерода, либо сталь, удаляя большинство примесей. Многие виды стали называются сплавами. Например, добавление 10-30% хрома создает нержавеющую сталь.

Преимущества использования стали:

• Сталь очень прочна как на растяжение, так и на сжатие и, следовательно, имеет высокую прочность на сжатие и растяжение.
• Сталь — пластичный материал, который перед разрушением поддается или прогибается.
• Сталь обычно собирается относительно быстро.

Недостатки использования стали:

• Сталь дороже бетона и дерева.
• Сталь может ржаветь в некоторых условиях окружающей среды, что снижает ее прочность.

Сталь

• является тяжелым материалом и, таким образом, уменьшает допустимый пролет элемента, если его рассматривать для использования в качестве балки.

Бетон

Бетон — это просто комбинация двух материалов: цемента и заполнителя.Цемент — это порошок, состоящий из различных материалов (обычно определенных видов глины и известняка). Когда цемент смешивается с водой, происходит химическая реакция, называемая гидратацией, которая вызывает затвердевание цемента. Заполнитель представляет собой смесь мелких и крупных заполнителей. Мелкий заполнитель обычно представляет собой песок; крупный заполнитель обычно представляет собой гравийную породу. Когда цемент, заполнитель и вода смешиваются вместе, образуется затвердевшая масса, называемая бетоном.

Вид на изломанные поверхности бетонного ядра, снятый с настила моста и испытанный на разрушение огромной силой растяжения.авторское право

Авторское право © Министерство транспорта США, http://www.fhwa.dot.gov/pavement/concrete/mcl9904.cfm

Преимущества использования бетона:

• Бетон чрезвычайно прочен на сжатие и, следовательно, имеет высокую прочность на сжатие.
• Бетон стоит недорого по сравнению со сталью.
• Используя формы, бетону можно придать практически любую форму.

Недостатки использования бетона:

• Бетон — хрупкий материал, который может потрескаться или сломаться без особого предупреждения.
• Бетон очень хрупкий, когда к нему прилагается сила растяжения, и поэтому имеет очень низкую прочность на разрыв. (Чтобы устранить эту слабость, сталь часто закладывают в бетон в местах, где, как известно, существуют силы растяжения, в результате чего получается железобетон. В бетонной балке сталь должна быть размещена вдоль нижней части балки.)
• Поскольку для полной гидратации требуется определенное время, бетонные элементы не набирают полную прочность, пока не пройдет много времени.

Типичные свойства материалов и технические термины

Инженеры-строители используют свойства материалов при проектировании элементов моста. Напряжение (σ) — это приложенная нагрузка, деленная на площадь материала, на которую она действует (обычно площадь поперечного сечения элемента). Деформация (ε) — это удлинение или сжатие материала на единицу длины материала. Согласно закону Гука (σ = Eε) напряжение зависит от деформации материала. Модуль упругости (E) или модуль Юнга материала — это константа, связанная с законом Гука.Модуль упругости указывает на жесткость материала. Прочность на растяжение — это величина растягивающего напряжения, которому материал может противостоять перед разрушением. Прочность на сжатие — это величина сжимающего напряжения, которому материал может противостоять перед разрушением. Материал, обладающий пластичными свойствами, может подвергаться большим деформациям, прежде чем он разорвется или сломается. Материал, который проявляет хрупкие свойства, не поддается разрушению или почти не поддается.

Типовая диаграмма напряжения-деформации для стали и бетона.авторское право

Copyright © Программа ITL, Университет Колорадо в Боулдере.

Инженеры

обращаются к диаграммам «напряжение-деформация», которые графически отображают все эти характеристики. На диаграмме растяжения стали и бетона кривая стали имеет заметный линейный (прямой) участок; наклон этой линейной области является модулем упругости. Конечные точки этих кривых обозначают отказ. Кривая бетона показывает неуклонное увеличение деформации и напряжения перед его разрывом. Бетон разрушается практически без предупреждения; таким образом, он считается хрупким материалом.Непосредственно перед тем, как сталь сломается, напряжение в ней уменьшается, а деформация увеличивается. Это видно на кривой стали как отрицательный наклонный участок кривой. Когда сталь выходит из строя, появляется предупреждение, обычно в виде больших прогибов; таким образом, сталь считается пластичным материалом.

Сопутствующие мероприятия

Закрытие урока

Подумайте о мостах вокруг вашего дома, а также о проезжих, велосипедных или пешеходных дорожках, которыми вы пользуетесь.Как выглядят мосты? Из каких материалов они были построены? Для создания современных мостов использовались многие типы материалов, в том числе бетон, сталь, дерево, железо, пластик и камень.

Сегодня мы узнали, что бетон и сталь являются наиболее часто используемыми материалами в больших современных мостах. В чем преимущество использования стали? (Ответ: Сталь обладает высокой прочностью как на сжатие, так и на растяжение. Сталь можно легко сгибать или придавать ей различные формы.) Бетон? (Ответ: Бетону можно легко придать форму, используя формы [как формы].Бетон также чрезвычайно прочен на сжатие.) Как насчет недостатка стали? (Ответ: Сталь стоит дорого.) Бетон? (Ответ: Бетон очень слаб на растяжение.)

Инженеры учитывают все преимущества и недостатки материалов, решая, какие из них использовать в конструкции мостов. Что еще нужно учитывать инженерам при выборе материалов для строительства моста? (Ответ: Прочность материала обычно является самым важным фактором, который учитывают инженеры.Они также думают о стоимости, доступности, скорости строительства и пригодности этого материала для конкретного моста.)

Словарь / Определения

хрупкость: способность материала демонстрировать небольшую или не податливость до разрушения.

Цемент: порошок, сделанный из различных материалов (обычно определенных типов глины и известняка), который при смешивании с водой затвердевает. Цемент — это ингредиент бетона.

прочность на сжатие: величина сжимающего напряжения, которому может противостоять материал перед разрушением.

бетон: комбинация цемента и заполнителя в одну твердую массу. Пример: гравий, песок, цемент и вода были смешаны для создания бетонного тротуара.

пластичность: способность материала подвергаться большим деформациям до того, как он разорвется или разрушится.

инженер: человек, который применяет свое понимание науки и математики для создания вещей на благо человечества и нашего мира.

железная руда: порода с высоким содержанием железа.

элемент: составная часть любого конструктивного или составного целого, такого как подчиненная несущая балка, колонна или стена.

Модуль упругости: (E) указывает на жесткость материала.

Железобетон: бетонный элемент со сталью, встроенной в него, чтобы противостоять растягивающим усилиям.

сталь: Очищенное железо, практически не содержащее примесей.

деформация: удлинение или сжатие материала на единицу длины материала.

напряжение: приложенная нагрузка, деленная на площадь материала, на которую она действует.

предел прочности при растяжении: величина растягивающего напряжения, которому материал может противостоять перед разрушением.

Оценка

Оценка перед уроком

Мозговой штурм : В классе предложите учащимся участвовать в открытом обсуждении.Напомните студентам, что в ходе мозгового штурма ни одна идея или предложение не являются «глупыми». Все идеи следует уважительно выслушивать. Занять некритическую позицию, поощрять дикие идеи и препятствовать критике идей. Попросите их поднять руки, чтобы ответить. Напишите их идеи на доске. Спросите у студентов:

• Что нужно учитывать при выборе материалов для изготовления моста?

Оценка после введения

Вопрос / ответ : Задайте ученикам и обсудите в классе:

• Какие материалы обычно используются для создания мостов? (Возможные ответы: дерево, канат, камень, проволока, железо, сталь, бетон, сплавы, пластик.)

Итоги урока Оценка

Рабочий лист : Оцените понимание учащимися урока, назначив приложенный рабочий лист прочности материалов в качестве домашнего задания. Рабочий лист включает в себя упражнение на сопоставление для пополнения словарного запаса и определений.

Рабочий лист по математике : Оцените понимание учащимися урока, назначив приложенный лист по математике прочности материалов в качестве домашнего задания. Три математические задачи включают решение уравнений и становятся все более сложными.Назначьте младшим школьникам только первый вопрос. Добавьте следующую задачу для старшеклассников. Назначьте третий вопрос как задание по математике для продвинутых учеников.

Домашнее задание

Оповещение о мостах : в следующий раз, когда учащиеся поедут на машине или автобусе, попросите их отметить и записать на бумаге типы материалов, используемых при строительстве мостов, которые они пересекают. Проведите обсуждение результатов во время следующего урока.

Мероприятия по продлению урока

Многие виды заполнителей, такие как песок, гравий, галька, стекло, вермикулит и резина, используются для изготовления бетона.Одним из недостатков бетона является то, что он слаб при приложении к нему растягивающей силы и, следовательно, имеет очень низкую прочность на разрыв. Бетон имеет тенденцию к растрескиванию, и для предотвращения растрескивания часто принимаются специальные конструктивные меры. В железобетон часто закладывают сталь. Почему может быть так много типов агрегатов? (Вопросы для обсуждения: для достижения различных целей в разных применениях. Иногда в бетонную смесь добавляют другие материалы, чтобы придать ей специфические характеристики, не характерные для простых бетонных смесей, что делает бетон менее хрупким, более прочным, более долговечным, лучшим изолятором или менее может пострадать от замораживания-оттаивания.Примеры: использование синтетических волокон для повышения эластичности, использование кусочков цветного стекла для более декоративных целей, переработка стекла и резиновых отходов из сбора вторичной переработки или старых шин.) Назначьте исследование в Интернете, чтобы узнать больше.

Руководить студентами в другом мероприятии TeachEngineering по прочности материалов, которые легко соотносятся с бетоном: «Инженерия для трех поросят».

Дополнительная поддержка мультимедиа

Покажите студентам анимацию доменной печи на веб-сайте howstuffworks: http: // www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=iron.htm&url=http://www.bbc.co.uk/history/british/victorians/launch_ani_blast_furnace.shtml

Посмотрите четырехминутный видеоролик с повествованием об обрушении моста Tacoma Narrows Bridge в Вашингтоне в 1940 году, вызванном ветром. Этот подвесной мост, получивший название «Galloping Gertie», обрушился через четыре месяца после того, как был построен. См. Http://www.youtube.com/watch?v=3mclp9QmCGs

.

использованная литература

Комитет ACI 318.Требования Строительных норм для конструкционного бетона (ACI 318-02) и комментарии (ACI 318R-02): стандарт ACI. Американский институт бетона: Фармингтон-Хиллз, Мичиган, 2002 г.

Комитет AISC по руководствам и учебникам. Руководство по стальным конструкциям: расчет факторов нагрузки и сопротивления, третье издание. Американский институт стальных конструкций, 2001 г.

Мозг, Маршалл. Как работает железо и сталь. HowStuffWorks, Inc. По состоянию на 16 октября 2007 г. http://www.howstuffworks.com / iron.htm

Основы бетона. Портлендская цементная ассоциация. По состоянию на 16 октября 2007 г. (Хороший обзор бетона и цемента) http://www.epa.gov/ttn/chief/old/ap42/ch21/s12/reference/ref_05c11s12_2001.pdf

Бетон в классе: основы цемента и бетона. Портлендская цементная ассоциация. По состоянию на 16 октября 2007 г. http://www.cement.org/basics/concretebasics_classroom.asp

Dictionary.com. ООО «Издательская группа« Лексико ».По состоянию на 16 октября 2007 г. (Источник некоторых словарных определений с некоторой адаптацией) http://www.dictionary.com

EcoSystems — Конструкции WireBridge. Экосистемы, Pvt. Ltd. По состоянию на 16 октября 2007 г. http://www.ecosystemsnepal.com/wire.php

Часто задаваемые вопросы: основы цемента и бетона. Портлендская цементная ассоциация. По состоянию на 16 октября 2007 г. http://www.cement.org/basics/concretebasics_faqs.asp

Хиббелер Р.C. Механика материалов, третье издание. Prentice Hall: Upper Saddle River, NJ, 1997.

.

Нильсон, Артур Х. Проектирование бетонных конструкций, двенадцатое издание. WCB McGraw-Hill: Бостон, Массачусетс, 1997.

Портлендская цементная ассоциация. По состоянию на 16 октября 2007 г. http://www.cement.org/

авторское право

© 2006 Регенты Университета Колорадо

Авторы

Джонатан С.Гуд; Джо Фридрихсен; Натали Мах; Денали Лендер; Кристофер Валенти; Дениз В. Карлсон; Малинда Шефер Зарске

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения и лаборатория, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы цифровой библиотеки было разработано в рамках гранта Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), США.Министерство образования и Национальный научный фонд ГК-12, грант No. 0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 27 августа 2021 г.

материалов | WBDG — Руководство по проектированию всего здания

Введение

Термин «материалы» относится ко всем физическим веществам, которые собираются для создания интерьера и экстерьера здания.Сегодня большинство зданий построено из множества материалов, каждый из которых имеет особые функциональные требования и сложные требования к сборке. Например, сборка наружной стены содержит материалы, которые защищают от дождя и ветра, теплоизолируют жителей от внешних температур, конструктивно поддерживают здание и связанную с ним систему ограждений и обеспечивают желаемую внутреннюю и внешнюю отделку. Кроме того, окна, двери, вентиляционные отверстия и другие проемы соединяются с интерьером и экстерьером здания.Список можно продолжать, но этот пример должен служить для иллюстрации сложности и важности процесса выбора материала при проектировании здания. Эти решения должны быть основаны на ряде тщательно продуманных вопросов, как описано ниже, включая символизм, соответствие, физические свойства и технику.

Описание

A. Символизм

Рис. 1. Деревянные кавычки символизируют камень.
Фото: Майкл Петрус

Определенные материалы несут определенную коннотацию в культурах и регионах.Такие термины, как естественный или искусственный, вечный или эфемерный, строгий или роскошный, описывают несколько таких ассоциаций. Мы часто говорим о стойкости камня или эфемерности стекла или бумаги. В некоторых случаях материал, связанный с желаемым символическим выражением, недоступен или слишком дорог, и для воспроизведения этого материала и достижения желаемого эффекта заменяют другой материал. Маунт-Вернон, дом Джорджа Вашингтона, иллюстрирует эту ситуацию. Символическая прочность камня была имитирована в резной и расписной деревянной конструкции экстерьера дома.См. Рисунок 1.

B. Соответствие

Есть три основных области, которые необходимо оценить при выборе подходящих материалов и сборок.

Совместимость материалов с климатическими, культурными и эстетическими условиями

Климат — один из наиболее важных факторов, которые необходимо учитывать при выборе материала и сборки. Слишком часто мы видим здания, в которых не учитывались местные условия окружающей среды, либо путем копирования одного и того же прототипа проекта от Аляски до Аризоны, либо путем проектирования здания для конкретного участка без учета климатических факторов.В результате получается здание, которое работает плохо — не в состоянии поддерживать комфорт жителей без чрезмерных затрат энергии и почти полностью полагаться на механические системы для исправления неправильных строительных решений (см. High Performance HVAC). Материалы также должны быть совместимы с конкретными региональными и местными культурными и эстетическими условиями. Например, жилищное строительство на юго-западе из глинобитных плит и плоских крыш не будет хорошо экспортировать в Новую Англию, где широкое использование деревянного каркаса, обшивки вагонкой и скатных крыш является климатически приемлемым, а также культурным.

Применимость материала к занимаемой площади и размеру здания, включая требования к прочности, конструкции и противопожарной защите

Выбор материалов часто юридически ограничен типом и размером здания в целях защиты здоровья, безопасности и благополучия населения. Например, отдельно стоящий дом на одну семью имеет гораздо меньше ограничений, чем высотное офисное здание или здание федерального суда, из которых в случае возникновения чрезвычайной ситуации должны быть эвакуированы сотни жителей. В целом, здания с большой заполняемостью (особенно с аудиторией, лекционными залами и ресторанами) и более закрытыми квадратными метрами требуют более огнестойкой конструкции и более сложных систем противопожарной защиты.Другой проблемой является дополнительный износ густонаселенных и интенсивно используемых зданий, таких как государственная школа или больница, где прочность материала является серьезной проблемой.

Воздействие на окружающую среду, связанное с получением сырья, обработкой и изготовлением строительных материалов, воздействием транспорта и проблемами вторичного использования

Помимо перечисленных выше вопросов, которые легко поддаются количественной оценке, не менее важны и долгосрочные экологические последствия производства материалов, которые необходимо анализировать комплексно.Например, необходимо задать ряд вопросов и ответить на них.

• Откуда взялся этот материал? В идеале материалы должны быть получены из возобновляемых источников, таких как древесина, заготовленная из устойчиво управляемых старовозрастных лесов.

• Как это было обработано или изготовлено? Необходимо учитывать энергию и ресурсы, затраченные на подготовку материала, иногда называемые «воплощенной энергией».

• Как он попал на место? Воздействие на транспортировку и расходы должны быть сведены к минимуму, поскольку материалы, доступные на месте, часто являются лучшим выбором, чем материалы, импортируемые издалека.Например, если вы строите в Вермонте, выберите камень, добытый в местных карьерах, а не импортный мрамор из Италии.

• Как долго это продлится? Как это в конечном итоге будет утилизировано? Материалы следует выбирать с учетом прочности и срока службы. По возможности следует выбирать переработанные материалы. Подумайте о проектировании легко разбираемых зданий, которые можно будет повторно использовать и переработать в будущем.

• Как этот материал повлияет на окружающую среду во время эксплуатации? Например, многие краски, ковры, акустическая потолочная плитка, виниловые полы и обои, а также клеи содержат летучие органические соединения (ЛОС).Избегайте использования материалов, содержащих летучие органические соединения, и выбирайте строительные материалы с низкой токсичностью, чтобы избежать выделения газов после завершения строительства.

• Как можно уменьшить количество строительных отходов, используя тот или иной материал? Выбирайте строительные материалы, у которых мало побочных продуктов. Например, строительство с многоразовой опалубкой для монолитного бетона позволяет избежать отходов фанеры и деревянной опалубки на месте.

См. Раздел «Цели устойчивого проектирования» для всестороннего обсуждения устойчивого проектирования зданий, включая фундаментальные принципы, стратегии реализации и ссылки на экологичные строительные материалы.

C. Физические свойства

При выборе материала необходимо учитывать ряд физических свойств. В то время как определенные свойства присущи материалу и неизменны, другие качества могут быть определены в процессе изготовления или отделки. В следующей схеме перечислены только основные соображения, поскольку каждый материал обладает уникальной комбинацией свойств.

Прочность

Прочность материала определяет сопротивление сжатию, растяжению и другим типам нагрузок на данный материал.Например, кладка наиболее эффективно работает как несущий или сжимающий материал, в то время как сталь является более подходящим выбором для более высоких требований к перекрытию и растяжению.

Масса и толщина

После того, как сделан первоначальный выбор материала, размерная толщина каждого материала должна быть основана на требованиях к долговечности, прочности и эстетических соображениях.

Физическая и визуальная плотность

Часто желательна определенная тактильная плотность, варьирующаяся от тяжести до легкости в степени непрозрачности, полупрозрачности или прозрачности.См. Рисунки 2 и 3.

Рисунок 2. Плотность кладки

Рисунок 3. Прозрачность стекла

Рис. 4. Гладкая стеклянная поверхность
Фотографии любезно предоставлены Майклом Петрусом

Текстура

Многие материалы могут быть обработаны до различной текстуры либо во время производства на месте, либо при отделке материалов на месте. От гладкой до шероховатой, от мягкой до твердой, возможны различные варианты отделки поверхности — матовая, сатинированная, полированная и т. Д. См. Рисунок 4.

Цвет

При выборе цветовой палитры здания необходимо учитывать окружающий контекст, а также качество внешнего и внутреннего освещения, при котором цвета будут рассматриваться. Холодный рассеянный свет Сиэтла будет передавать цвета совершенно иначе, чем горячий ясный свет Феникса. Цвета могут быть светопоглощающими или светоотражающими, теплыми или холодными, а палитра может быть монохромной или полихромной. См. Рисунки 5 и 6.

Рис. 5. Цветной узор и линии кирпича
Фотографии любезно предоставлены Майклом Петрусом

Рисунок 6.Рельефный узор из кирпича

Температура

Тактильные качества архитектуры имеют первостепенное значение, особенно тех поверхностей, к которым жители здания постоянно прикасаются, например, дверной фурнитуры, рабочих поверхностей и материалов пола. Металлические поверхности быстро регистрируют изменение температуры, в то время как камень медленнее поглощает температуру окружающей среды и намного дольше сохраняет температуру. Таким образом, теплопроводность материала является важным фактором комфорта пассажиров.

Узор

Шаблоны материалов должны разрабатываться в двух масштабах: сами отдельные элементы, такие как кирпичи или стеклянные панели, и состав этих элементов в более крупные сборки. Например, в масштабе отдельных элементов необходимо учитывать характерный узор текстуры древесины или мраморность камня. Создание более крупных узоров происходит, когда материал собирается в фасады зданий. См. Рисунки 7 и 8.

Рис. 7. Штукатурный узор
Фотографии любезно предоставлены Майклом Петрусом

Рисунок 8.Узорчатое стекло

D. Техника

Методы изготовления и сборки материалов являются сложным аспектом процесса строительства. Техника включает в себя процесс изготовления, детализацию того, как материалы и системы соединяются и устанавливаются, а также ремесло, используемое для выполнения работы.

Производство

Изготовление относится к способу создания, обработки и сборки материала. Методы изготовления варьируются от ручного до массового и сборного.Материалы несут на себе следы их изготовления и сборки, которые можно использовать для создания модуляции и насыщенности поверхности. См. Рисунок 9.

Рис. 9. Сборные солнцезащитные очки
Фотографии любезно предоставлены Майклом Петрусом

Рис. 10. Открытая стальная ферма

Деталь

Детали конструкции определяют способ соединения отдельных материальных элементов или систем. Распространенные методы столярных изделий включают различные виды механического крепления (гвозди, болты, заклепки…), сварка, склеивание и т. д. Детали конструкции должны соответствовать общим архитектурным замыслам здания. Внимание к деталям очевидно в хорошо продуманном и прекрасно выполненном здании, например, в элегантной сборке деревянных и бетонных систем на Рисунке 10.

Ремесло

Качество проектирования и строительства имеет решающее значение для успеха и долговечности проекта. Наем хорошо обученных и опытных ремесленников — лучший способ обеспечить высокий уровень строительного мастерства.См. Рисунок 11.

Выветривание

Время оказывает огромное влияние на внешний вид и срок службы строительных материалов. Таким образом, будущие погодные условия необходимо тщательно учитывать при выборе материала, детализации здания и строительстве. См. Рисунок 12.

Рис. 11. Тщательное мастерство
Фотографии любезно предоставлены Майклом Петрусом

Рис. 12. Изысканно выветренная каменная стена

Приложение

Применение конкретных строительных материалов и систем обсуждается в многочисленных разделах Руководства по проектированию всего здания.В частности, обратитесь к разделам «Цели устойчивого дизайна» для получения более подробной информации.

Строительные нормы и правила ограничивают допустимые материалы для конкретного здания в зависимости от типа помещения и соображений зонирования. Безопасность жизнедеятельности людей является основной задачей таких норм, которые ограничивают воспламеняемость материалов, степень распространения пламени и токсичность дыма. В некоторых юрисдикциях руководящие принципы исторического района или другие руководящие принципы визуального дизайна могут указывать допустимые внешние материалы, выбор цвета и другие эстетические соображения, включая стиль.

Ресурсы для сохранения исторических зданий включают:

Дополнительные ресурсы

Ассоциации

Существует множество материалов и торговых ассоциаций, некоторые из которых перечислены ниже.

Металлы

Каменная кладка и бетон

Дерево

Экологичные материалы (см. Использование экологически чистых материалов)

Публикации

• Справочник по проектированию и строительству зданий, 6-е изд. Фредерика С.Мерритт и Джонатан Т. Рикеттс. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл, 2001.

.

• Справочник строительных материалов Д.К. Доран, изд. Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн, 1992.
• Детали современной архитектуры, Тома I и II Эдварда Форда. Кембридж: MIT Press, 1990 и 1996.
• Опыт архитектуры Стин Эйлер Расмуссен. Кембридж: MIT Press, 1962.
• «Форма и природа материалов» Пьера фон Мейса в книге « Элементы архитектуры: от формы к месту» .Нью-Йорк: Ван Ностранд Рейнхольд, 1990: 165-198.
• Основы строительства: материалы и методы, 6-е издание Эдварда Аллена и Джозефа Яно. Нью-Йорк: Wiley, 2013.

.

• Руководство по ресурсоэффективным строительным элементам Трейси Мумма. Миссула, штат Монтана: Национальный центр соответствующих технологий, Центр ресурсоемких строительных технологий, 1997.
• О выветривании: жизнь зданий во времени Мохсен Мостафави и Дэвид Лезербарроу.Кембридж: MIT Press, 1993.

.

• Исследования в области тектонической культуры: Поэтика строительства в архитектуре XIX и XX веков Кеннета Фрэмптона. Кембридж: MIT Press, 1995.

.

• Строительные изделия и материалы от Sweets Network.
• «Деталь рассказа» Марко Фраскари в Виа 7: Здание архитектуры . Кембридж: Массачусетский технологический институт, 1984: 23-37.
• Тепловое наслаждение в архитектуре Лизы Хешонг. Кембридж: MIT Press, 1979.

Сталь, дерево и бетон: сравнение

ширина: 80%;
}
]]>

Какие материалы чаще всего используются в строительстве?

Конструктивное проектирование зависит от знания материалов и соответствующих им свойств, чтобы мы могли лучше предсказать поведение различных материалов при их нанесении на конструкцию. Как правило, три (3) наиболее часто используемых строительных материала — это сталь марки , бетон и древесина / древесина . Знание преимуществ и недостатков каждого материала важно для обеспечения безопасного и экономичного подхода к проектированию конструкций.

Конструкционная сталь

Сталь — это сплав, состоящий в основном из железа и углерода. Другие элементы также примешиваются к сплаву для получения других свойств. Одним из примеров является добавление хрома и никеля для создания нержавеющей стали. Увеличение содержания углерода в стали имеет предполагаемый эффект увеличения прочности материала на разрыв. Увеличение содержания углерода делает сталь более хрупкой, что нежелательно для конструкционной стали.

Преимущества конструкционной стали

1. Сталь имеет высокое соотношение прочности и веса.Таким образом, собственный вес металлоконструкций относительно невелик. Это свойство делает сталь очень привлекательным конструкционным материалом для высотных зданий, длиннопролетных мостов, сооружений, расположенных на земле с низким содержанием грунта и в районах с высокой сейсмической активностью.
2. Пластичность. Перед разрушением сталь может подвергаться значительной пластической деформации, что обеспечивает большой резерв прочности.
3. Предсказуемые свойства материала. Свойства стали можно предсказать с высокой степенью уверенности.На самом деле сталь демонстрирует упругие свойства до относительно высокого и обычно четко определенного уровня напряжения. В отличие от железобетона свойства стали существенно не меняются со временем.
4. Скорость возведения. Стальные элементы просто устанавливаются на конструкцию, что сокращает время строительства. Обычно это приводит к более быстрой окупаемости в таких областях, как затраты на рабочую силу.
5. Простота ремонта. Стальные конструкции в целом можно легко и быстро отремонтировать.
6. Адаптация заводского изготовления.Сталь отлично подходит для заводского изготовления и массового производства.
7. Многократное использование. Сталь можно использовать повторно после разборки конструкции.
8. Расширение существующих структур. Стальные здания можно легко расширить, добавив новые отсеки или флигели. Стальные мосты можно расширять.
9. Усталостная прочность. Металлоконструкции обладают относительно хорошей усталостной прочностью.

Недостатки конструкционной стали

1. Общие расходы. Сталь очень энергоемкая и, естественно, более дорогая в производстве.Стальные конструкции могут быть более дорогостоящими в строительстве, чем другие типы конструкций.
2. Противопожарная защита. Прочность стали существенно снижается при нагревании до температур, обычно наблюдаемых при пожарах в зданиях. Сталь также довольно быстро проводит и передает тепло от горящей части здания. Следовательно, стальные конструкции в зданиях должны иметь соответствующую противопожарную защиту.
3. Техническое обслуживание. Сталь, подвергающаяся воздействию окружающей среды, может повредить материал и даже загрязнить конструкцию из-за коррозии.Стальные конструкции, подверженные воздействию воздуха и воды, такие как мосты и башни, регулярно окрашиваются. Применение устойчивых к атмосферным воздействиям и коррозионно-стойких сталей может устранить эту проблему.
4. Склонность к короблению. Из-за высокого отношения прочности к весу стальные сжимающие элементы, как правило, более тонкие и, следовательно, более подвержены короблению, чем, скажем, железобетонные сжимающие элементы. В результате необходимы дополнительные конструктивные решения для улучшения сопротивления продольному изгибу тонких стальных компрессионных элементов.

Программное обеспечение SkyCiv Steel Design

Рис. 1. Обзор стальных конструкций

Железобетон

Бетон представляет собой смесь воды, цемента и заполнителей. Пропорция трех основных компонентов важна для создания бетонной смеси желаемой прочности на сжатие. Когда в бетон добавляют арматурные стальные стержни, эти два материала работают вместе с бетоном, обеспечивающим прочность на сжатие, и сталью, обеспечивающей прочность на растяжение.

Преимущества железобетона

1. Прочность на сжатие. Железобетон имеет высокую прочность на сжатие по сравнению с другими строительными материалами.
2. Прочность на разрыв. Благодаря предусмотренной арматуре железобетон также может выдерживать большое количество растягивающих напряжений.
3. Огнестойкость. Бетон обладает хорошей способностью защищать арматурные стальные стержни от огня в течение длительного времени. Это выиграет время для арматурных стержней, пока огонь не потушат.
4. Материалы местного производства. Большинство материалов, необходимых для производства бетона, можно легко найти на месте, что делает бетон популярным и экономичным выбором.
5. Прочность. Система здания из железобетона более долговечна, чем любая другая система здания.
6. Формуемость. Железобетон, будучи изначально жидким материалом, можно экономично формовать в практически неограниченном диапазоне форм.
7. Низкие эксплуатационные расходы. Железобетон является прочным, с использованием недорогих материалов, таких как песок и вода, которые не требуют обширного обслуживания.Бетон предназначен для того, чтобы полностью покрыть арматурный стержень, так что арматурный стержень не будет поврежден. Это делает стоимость обслуживания железобетонных конструкций очень низкой.
8. По конструкции, такой как фундаменты, плотины, опоры и т. Д., Железобетон является наиболее экономичным строительным материалом.
9. Жесткость. Он действует как жесткий элемент с минимальным прогибом. Минимальный прогиб хорош для удобства эксплуатации зданий.
10. Удобство в использовании. По сравнению с использованием стали в конструкции, при строительстве железобетонных конструкций может быть задействована менее квалифицированная рабочая сила.

Недостатки железобетона

1. Долгосрочное хранение. Бетон нельзя хранить после смешивания, так как цемент вступает в реакцию с водой и смесь затвердевает. Его основные ингредиенты нужно хранить отдельно.
2. Время отверждения. У бетона есть 30-дневный период отверждения. Этот фактор сильно влияет на график строительства здания. Это снижает скорость возведения монолитного бетона по сравнению со сталью, однако ее можно значительно улучшить с помощью сборного железобетона.
3. Стоимость форм. Стоимость форм, используемых для отливки ЖБИ, относительно выше.
4. Увеличенное сечение. Для многоэтажного здания секция железобетонной колонны (RCC) больше, чем стальная секция, так как в случае RCC прочность на сжатие ниже.
5. Усадка. Усадка вызывает развитие трещин и потерю прочности.

Программное обеспечение SkyCiv RC для проектирования

Рисунок 2. Типичный пример железобетона

Древесина

Древесина — это органический, гигроскопичный и анизотропный материал.Его тепловые, акустические, электрические, механические, эстетические, рабочие и т. Д. Свойства очень подходят для использования, можно построить комфортный дом, используя только деревянные изделия. С другими материалами это практически невозможно. Очевидно, что дерево — это и распространенный, и исторический выбор в качестве конструкционного инженерного материала. Однако в последние несколько десятилетий произошел отход от дерева в пользу инженерных изделий или металлов, таких как алюминий.

Преимущества древесины

1. Прочность на разрыв.Поскольку дерево является относительно легким строительным материалом, он превосходит даже сталь по длине разрыва (или длине самонесущей конструкции). Проще говоря, он может лучше выдерживать собственный вес, что позволяет использовать большие пространства и меньше необходимых опор в некоторых конструкциях зданий.
2. Электрическое и тепловое сопротивление. Он обладает естественным сопротивлением электропроводности при сушке до стандартного уровня содержания влаги (MC), обычно от 7% до 12% для большинства пород древесины. Его прочность и размеры также не подвержены значительному влиянию тепла, обеспечивая устойчивость готового здания и даже безопасность при определенных пожарных ситуациях.
3. Звукопоглощение. Его акустические свойства делают его идеальным для минимизации эха в жилых или офисных помещениях. Дерево поглощает звук, а не отражает или усиливает его, и может помочь значительно снизить уровень шума для дополнительного комфорта.
4. Из местных источников. Дерево — это строительный материал, который можно выращивать и повторно выращивать с помощью естественных процессов, а также с помощью программ пересадки и лесного хозяйства. Выборочная уборка и другие методы позволяют продолжить рост, пока собираются более крупные деревья.
5. Экологически чистый. Одна из самых больших проблем многих строительных материалов, включая бетон, металл и пластик, заключается в том, что когда они выбрасываются, они разлагаются невероятно долго. В естественных климатических условиях древесина разрушается намного быстрее и фактически пополняет почву.

Недостатки бруса

Усадка и разбухание древесины — один из ее основных недостатков.

Дерево — гигроскопичный материал.Это означает, что он будет поглощать окружающие конденсируемые пары и терять влагу в воздух ниже точки насыщения волокна. Еще один недостаток — его износ. Агенты, вызывающие порчу и разрушение древесины, делятся на две категории: биотические (биологические) и абиотические (небиологические). Биотические агенты включают гниющие и плесневые грибы, бактерии и насекомые. К абиотическим агентам относятся солнце, ветер, вода, некоторые химические вещества и огонь.

Программное обеспечение SkyCiv Wood Design

Рисунок 3.Деревянный конструкционный каркас

Сводка

Для лучшего описания стали, бетона и дерева. Обобщим их основные характеристики, чтобы выделить каждый материал.

Сталь очень прочна как на растяжение, так и на сжатие и, следовательно, имеет высокую прочность на сжатие и растяжение. Сталь имеет предел прочности от 400 до 500 МПа (58 — 72,5 тыс. Фунтов на квадратный дюйм). Это также пластичный материал, который поддается или прогибается перед разрушением. Сталь выделяется своей скоростью и эффективностью в строительстве.Его сравнительно легкий вес и простота конструкции позволяют сократить рабочую силу примерно на 10-20% по сравнению с аналогичной строящейся структурой на бетонной основе. Металлоконструкции также обладают отличной прочностью.

Бетон чрезвычайно прочен на сжатие и, следовательно, имеет высокую прочность на сжатие от 17 МПа до 28 МПа. С более высокой прочностью до 70 МПа или выше. Бетон позволяет проектировать очень прочные и долговечные здания, а использование его тепловой массы, удерживая его внутри оболочки здания, может помочь регулировать внутреннюю температуру.Также в строительстве все чаще используется сборный железобетон, что дает преимущества с точки зрения воздействия на окружающую среду, стоимости и скорости строительства.

Древесина устойчива к электрическим токам, что делает ее оптимальным материалом для электроизоляции. Прочность на разрыв также является одной из основных причин выбора древесины в качестве строительного материала; его исключительно сильные качества делают его идеальным выбором для тяжелых строительных материалов, таких как конструкционные балки.Дерево намного легче по объему, чем бетон и сталь, с ним легко работать, и его легко адаптировать на стройплощадке. Он прочен, дает меньше тепловых мостиков, чем его аналоги, и легко включает в себя готовые элементы. Его структурные характеристики очень высоки, а его прочность на сжатие аналогична прочности бетона. Несмотря на все это, древесина все шире используется для строительства жилых и малоэтажных построек. Его редко используют в качестве основного материала для высотных конструкций.