Е.Г. Величко
СТРОЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Учебное пособие
ISBN 978-5-7264-1461-4
© Национальный исследовательский
с Московский государственный
© Оформтроительный университет, 2017
ООО «Ай Пи Эр Медиа», 2017
ление.
Москва 2017
СТРОИТЕЛЬСТВО
Стр.1
УДК 691-4
ББК 38.3
В27
Рецензенты:
член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор Б.В. Гусев,
президент Российской инженерной академии, заведующий кафедрой
«Строительные материалы и технологии» МИИТ;
доктор технических наук, профессор В.Н. Соков,
профессор кафедры ТКМиПХ НИУ МГСУ
В27 Строение и основные свойства строительных материалов [Электронный ресурс]
: учебное пособие / Е.Г. Величко ; М-во образования и науки Рос. Федерации,
Нац. исследоват. Моск. гос. строит. ун-т. — Электрон. дан. и прогр. (7 Мб). — Москва
: Изд-во Моск. гос. строит. ун-та, 2017. — Режим доступа:
http://www.iprbookshop.ru/. — Загл. с титул. экрана.
ISBN 978-5-7264-1461-4 (сетевое)
ISBN 978-5-7264-1460-7 (локальное)
Величко, Евгений Георгиевич.
Изложены основные свойства строительных материалов с использованием фундаментальных
положений термодинамики, молекулярной физики, коллоидной химии и физикохимической
механики высококонцентрированных дисперсных систем. Рассмотрена взаимосвязь
свойств со структурой материалов, весьма подробно изложены долговечность на примере
бетонов и методы повышения качества их путем применения химических модификаторов.
Используются результаты фундаментальных исследований ведущих ученых и научных коллективов,
выполненных в различных направлениях науки, применительно к рассматриваемой
тематике в разных странах, в том числе за последние годы.
Для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство.Также может быть
полезно инженерно-техническим работникам промышленных предприятий и проектных организаций,
организаторам производства и строителям-практикам.
Учебное электронное издание
© Национальный исследовательский
Московский государственный
строительный университет, 2017
© Оформление.
ООО «Ай Пи Эр Медиа», 2017
Стр.2
Редактор Е.А. Копылова
Технический редактор Е.В. Кузнецова
Корректор А.С. Полева
Компьютерная верстка С.С. Сизиумовой
Дизайн первого титульного экрана Д.Л. Разумного
Для создания электронного издания использовано:
Microsoft Word 2007, приложение pdf2swf из ПО Swftools, ПО IPRbooks Reader,
разработанное на основе Adobe Air
Подписано к использованию 27.01.2017. Объем данных 7 Мб.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Национальный исследовательский
Московский государственный строительный университет».
129337, Москва, Ярославское ш., 26.
Издательство МИСИ–МГСУ.
Тел. (495) 287-49-14, вн. 13-71, (499) 188-29-75, (499) 183-97-95.
E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru
ООО «Ай Пи Эр Медиа».
Тел. 8-800-555-22-35, (8452) 24-77-97, вн. 208,
E-mail: izdat@iprmedia.ru, mail@iprbookshop.ru.
www.iprbookshop.ru
Стр.3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ................................................................................................... 6
Введение ......................................................................................................... 8
1. СТРОЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ .................................... 16
1.1. Общие сведения ..................................................................................... 16
1.2. Связь строения, состава и свойств ......................................................... 19
1.2.1. Строение материалов. Общие сведения ....................................... 19
1.2.2. Параметры и равновесие .............................................................. 23
1.2.3. Гомогенные и гетерогенные системы.
Фазы и компоненты ...................................................................... 25
1.2.4. Химический и минеральный составы........................................... 29
1.2.5. Классификация структуры ........................................................... 29
1.2.6. Строение кристаллов .................................................................... 33
1.2.7. Аморфные тела ............................................................................. 36
1.2.8. Внутрикристаллические силы ...................................................... 38
1.2.9. Симметрия кристаллов ................................................................. 45
1.2.10. Пространственная решетка ......................................................... 48
1.2.11. Классификация кристаллов ........................................................ 52
1.2.12. Строение реальных кристаллов .................................................. 54
1.2.13. Реальные кристаллы. Блочная структура ................................... 59
1.2.14. Дислокации и дефекты ............................................................... 60
1.2.15. Теоретическая и техническая прочность кристаллов ................ 68
1.2.16. Структурные несовершенства в кристаллах .............................. 70
1.2.17. Поли- и монокристаллы. Поверхностные дефекты .................... 71
1.2.18. Типы структуры в дисперсных системах ................................... 87
Вопросы для самоконтроля по разделу 1 ..................................................... 94
2. СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ.................................... 96
2.1. Физические свойства и их разновидности ............................................. 96
2.1.1. Физические свойства .................................................................... 96
2.1.2. Гидрофизические свойства ......................................................... 100
2.1.3. Теплофизические свойства ......................................................... 141
2.2. Механические свойства. Деформации ................................................. 179
2.2.1. Общие сведения .......................................................................... 179
2.2.2. Деформации и напряжения......................................................... 180
2.2.3. Упругая деформация и тепловое расширение ............................ 194
2.2.4. Зависимость деформации от напряжения .................................. 195
2.2.5. Механизм пластической деформации ........................................ 196
2.2.6. Дислокации в кристаллах ........................................................... 200
4
Стр.4
2.2.7. Прочность ................................................................................... 204
2.2.8. Твердость, истираемость, износ ................................................. 231
2.2.9. Релаксация .................................................................................. 232
2.3. Химические свойства строительных материалов ................................ 236
2.3.1. Коррозия бетона ......................................................................... 239
2.4. Специальные свойства строительных материалов .............................. 339
Вопросы для самоконтроля по разделу 2 ................................................... 342
3. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА ЖИДКООБРАЗНЫХ СИСТЕМ ........................................ 344
3.1. Общие положения ................................................................................ 344
3.2. Реологические свойства ....................................................................... 346
3.3. Бетонная смесь ..................................................................................... 355
3.3.1. Общие сведения. Классификация ............................................... 355
3.3.2. Методы определения удобоукладываемости бетонной смеси... 366
3.3.3. Сохраняемость удобоукладываемости и другие
свойства бетонной смеси ............................................................ 374
3.4. Добавки для бетонов и строительных растворов ................................ 380
3.4.1. Общие сведения. Определения ................................................... 380
3.4.2. Добавки, регулирующие свойства бетонных
и растворных смесей .................................................................. 383
3.4.3. Пластифицирующе-водоредуцирующие добавки ...................... 390
3.4.4. Свойства смесей, пластифицированных
суперпластификаторами ............................................................. 426
3.4.5. Суперпластификаторы в литых и самоуплотняющихся
бетонных смесях ......................................................................... 428
3.4.6. Влияние суперпластификаторов на свойства бетонов
с низким водоцементным отношением ...................................... 430
3.4.7. Пластифицирующие добавки ..................................................... 433
3.4.8. Пластификаторы в производстве портландцемента .................. 441
3.4.9. Технико-экономическая эффективность применения
пластифицирующих добавок ...................................................... 445
3.4.10. Добавки стабилизирующие, снижающие
растворо- и водоотделение ....................................................... 449
3.4.11. Добавки, регулирующие сохраняемость
подвижности бетонных смесей ................................................ 453
3.4.12. Порообразующие добавки ........................................................ 456
3.4.13. Пенообразующие добавки ........................................................ 462
3.4.14. Газообразующие добавки ......................................................... 466
Вопросы для самоконтроля по разделу 3 ................................................... 469
Предметный указатель ............................................................................... 471
Библиграфический список .......................................................................... 475
5
Стр.5
ПРЕДИСЛОВИЕ
Дисциплина «Строительные материалы» для подготовки инженеров-строителей
преподается более ста лет. За этот период в России было
издано большое количество учебников и учебных пособий по курсу
«Строительные материалы», в которых на высоком научном уровне
рассмотрены виды, общие свойства, структура материалов и научно
обоснованные области их рационального применения в строительстве с
максимальной технико-экономической эффективностью. Рассмотрение
свойств материалов в означенной учебной литературе обычно выполняется
в небольшом объеме, несмотря на общность их для большинства видов
строительных материалов. По этой причине возникла необходимость
подготовки и издания более подробного специального курса «Строение и
основные свойства строительных материалов», облегчающего изучение
и усвоение сложного общего курса «Строительные материалы».
Предлагаемое читателю учебное пособие написано по некоторым
разделам курса, который читался автором в течение ряда лет на кафедре
«Строительное материаловедение» студентам всех специальностей,
обучающимся в Московской государственной академии коммунального
хозяйства и строительства. В пособии при необходимости приводятся
классификации строительных материалов, рекомендуемые действующими
нормативными документами, их общие свойства, исторические
справки об авторах, предложивших методы изучения каких-либо
свойств, а также большой объем специального справочного материала.
Предпринята попытка изложения свойств материалов с использованием
фундаментальных положений термодинамики, молекулярной
физики, коллоидной химии и физико-химической механики высококонцентрированных
дисперсных систем, что в незначительной степени
усложнило представленный материал, а, с другой стороны, сделало его
более понятным и научно обоснованным, облегчающим восприятие.
При изложении общих свойств материала в учебном пособии зачастую
приводятся различные примеры свойств конкретных материалов, в
большинстве случаев бетонов и цементов, т.е. строительных материалов,
наиболее применяемых в современном строительстве. В частности,
на примере бетона рассмотрены долговечность строительных материалов
и методы ее повышения. Изложены реологические свойства
строительных материалов, а затем рассмотрены свойства бетонных
6
Стр.6
смесей и методы регулирования их химическими добавкамимодификаторами.
Для более правильного восприятия студентами этого
вопроса приводится классификация добавок для бетонов и строительных
растворов в соответствии с ГОСТ 24211-2008 и подробно рассмотрен
класс добавок, регулирующих свойства бетонных и растворных
смесей: пластифицирующие — суперпластифицирующие, пластифицирующие;
водоредуцирующие — суперводоредуцирующие, водоредуцирующие;
стабилизирующие; регулирующие сохраняемость подвижности;
увеличивающие воздухо-(газо) содержание. Например, при рассмотрении
суперпластификаторов приводятся свойства и механизм
действия добавок третьего поколения на поликарбоксилатной основе и
технические эффекты, обеспечиваемые от применения их в бетонных
смесях и бетонах. Очевидно, что настоящее учебное пособие «Строение
и основные свойства строительных материалов» в некоторой степени с
более подробным изложением содержания материала поможет студентам
в изучении сложного общего курса «Строительные материалы».
Автор благодарит всех читателей, замечания которых будут способствовать
улучшению книги.
Автор учебного пособия Е.Г. Величко
7
Стр.7