MATERIAŁY BUDOWLANE Dr inż. Dorota Małaszkiewicz

Literatura



Osiecka E. „Materiały budowlane”.

Oficyna Wydawnicza Politechniki

Warszawskiej 2002



Praca zbiorowa pod kierunkiem prof. B.

Stefańczyka „Budownictwo ogólne” tom

I „Materiały i wyroby budowlane”.

Arkady 2005



Szymański E. :”Materiały budowlane”.

WSiP 2003

WYRÓB BUDOWLANY

należy przez to rozumieć wyrób w rozumieniu

przepisów o ocenie zgodności, wytworzony w

celu

wbudowania,

wmontowania,

celu

wbudowania,

wmontowania,

zainstalowania lub zastosowania w sposób

trwały w obiekcie budowlanym, wprowadzany

do obrotu jako wyrób pojedynczy lub jako

zestaw

wyrobów

stosowania

zestaw

wyrobów

stosowania

wzajemnym

połączeniu

stanowiącym

wzajemnym

połączeniu

stanowiącym

integralną całość użytkową

USTAWA

z dnia 7 lipca 1994 r. „

Prawo budowlane”

Art. 3 pkt 18

Obiekt budowlany:

a) budynek wraz z instalacjami i urządzeniami

technicznymi,

b) budowlę stanowiącą całość techniczno-

użytkową wraz z instalacjami i urządzeniami,

c) obiekt małej architektury,

Budynek

- taki obiekt budowlany, który jest

trwale związany z gruntem, wydzielony z

przestrzeni za pomocą przegród budowlanych

oraz posiada fundamenty i dach

USTAWA

z dnia 7 lipca 1994 r. „

Prawo budowlane”

Art. 3

Obiekt budowlany

wraz ze

związanymi z nimi urządzeniami

budowlanymi należy, biorąc pod

uwagę przewidywany okres

użytkowania, projektować i

budować w sposób określony w

przepisach, w tym techniczno-

budowlanych oraz zgodnie z

zasadami wiedzy technicznej,

zapewniając:

USTAWA

z dnia 7 lipca 1994 r. „

Prawo budowlane”

Art. 5

spełnienie wymagań

podstawowych dotyczących:

bezpieczeństwa konstrukcji,

bezpieczeństwa pożarowego,

bezpieczeństwa użytkowania,

odpowiednich warunków

higienicznych i zdrowotnych oraz

ochrony środowiska,

ochrony przed hałasem i

drganiami,

oszczędności energii i odpowiedniej

izolacyjności cieplnej przegród.

USTAWA

z dnia 7 lipca 1994 r. „

Prawo budowlane”

Art. 5

warunki użytkowe zgodne z

przeznaczeniem obiektu w

szczególności w zakresie:

zaopatrzenia w wodę i energię

elektryczną oraz odpowiednio do

potrzeb w energię cieplną i paliwa,

przy założeniu efektywnego

wykorzystania tych czynników,

usuwania ścieków, wody opadowej i

odpadów.

możliwość utrzymania właściwego

stanu technicznego,

USTAWA

z dnia 7 lipca 1994 r. „

Prawo budowlane”

Art. 5

niezbędne warunki do korzystania z

obiektów użyteczności publicznej i

mieszkaniowego budownictwa

wielorodzinnego przez osoby

niepełnosprawne, w szczególności

poruszające się na wózkach

inwalidzkich,

warunki bezpieczeństwa i higieny pracy,

ochronę ludności, zgodnie z

wymaganiami obrony cywilnej,

ochronę obiektów wpisanych do rejestru

zabytków oraz obiektów objętych

ochroną konserwatorską,

USTAWA

z dnia 7 lipca 1994 r. „

Prawo budowlane”

Art. 5

odpowiednie usytuowanie na

działce budowlanej,

poszanowanie, występujących w

zasięgu oddziaływania obiektu,

uzasadnionych interesów osób

trzecich, w tym zapewnienie

dostępu do drogi publicznej,

10.

warunki bezpieczeństwa i ochrony

zdrowia osób przebywających na

terenie budowy.

USTAWA

z dnia 7 lipca 1994 r. „

Prawo budowlane”

Art. 5

Dzięki odpowiednio dobranym

materiałom budowlanym

budynek może spełniać swoje

zadania, do których należy w

szczególności:



ochrona człowieka przed zjawiskami

atmosferycznymi,



uformowanie przestrzeni

odpowiedniej do prowadzenia

różnorodnej działalności życiowej

Do wykonania budynku potrzebne są

materiały o odpowiednich

właściwościach, w szczególności takich,

jak:



wytrzymałość mechaniczna,



izolacyjność cieplna,



nieprzesiąkliwość,



izolacyjność akustyczna,



twardość, a jednocześnie możliwość obróbki,



odporność na działanie ognia,



odporność na działanie czynników

atmosferycznych,



walory estetyczne.

RYS HISTORYCZNY

Pierwsze materiały budowlane to

drewno i materiały

kamienne

, dostarczane przez

przyrodę w stanie prawie gotowym

do stosowania

Egipt – do budowli monumentalnych

wykorzystywał wapienie, piaskowce i

bazalt

Asyria – płyty z wapieni lub alabastru

stosowano do okładzin ścian ceglanych

Grecja – wykorzystywano wapienie i

marmury (wykonywano z nich nawet

dachówki)

Rzym – wapienie, marmury, trawertyn

(Colosseum), granity alpejskie,

algierski onyks

Francja – głównie wapienie, w Alpach i

Bretanii granit

Hiszpania – wapień i marmur;

wyjątkiem jest granitowy Escorial

Polska – budowle kamienne wznoszono

z piaskowca, wapieni, granitu

Pierwszy sztucznie wytwarzany

materiał budowlany to

cegła

ceramiczna

Początkowo wyrabiana z gliny tylko

suszonej, później – wypalanej.

Pierwsze cegły ceramiczne jako

materiał konstrukcyjny użyte zostały

w starożytnym Egipcie i Babilonii

W czasach rzymskich cegła była płaska i

duża

W czasach gotyku – wyższa i mniejsza

W Grecji i Rzymie – ceramiczne

dachówki , ceramiczne rurociągi wodne

Bliski wschód – ceramika budowlana w

postaci cegieł i kształtek, ceramika

architektoniczna do wystroju

wewnętrznego i zewnętrznego

budynków, ceramika szkliwiona i

terakota

Łączenie elementów kamiennych i

cegieł w murach odbywało się

początkowo przy użyciu plastycznej

gliny, lepiszcz bitumicznych, później

zaprawy

wapiennej i gipsowej,

znanych już w starożytności

Wapno i gips

to najstarsze spoiwa

budowlane

Szkło –

hutnictwo szkła wiąże się z

rozwojem ceramiki (garncarstwa); w

starożytności małe płytki do

układania mozaiki, później z

większych przeźroczystych barwnych

płytek wykonywano witraże;

Do szklenia otworów okiennych szkło

zostało użyte w XVII w.

Żelazo –

w starożytności

sporadycznie do zbrojenia konstrukcji

kamiennych (chętniej stosowano

brąz);

W średniowieczu stosowano żelazne

ściągi sklepień ceglanych

W drugiej połowie XVIII w. pojawia się w

budownictwie

żeliwo

(szyny,

konstr. pracujące na ściskanie, mosty

łukowe, nośne konstrukcje dachów i

całych budynków)

W połowie XIX w. żeliwo zostało

zastąpione

stalą,

materiałem

wytrzymałym na rozciąganie – rosną

wymiary powierzchni przekrywanych

bez podpór wewnętrznych; pojawiają

się konstrukcje wiszące, mosty

przekrycia dachowe.

Na początku XIX wieku wynaleziono

cement portlandzki –

spoiwo,

które zrewolucjonizowało budownictwo

prowadząc do pojawienia się

betonu,

obecnie najczęściej

stosowanego konstrukcyjnego

materiału budowlanego. Połączenie go

ze stalą pozwoliło uzyskać

żelbet.

Materiały bitumiczne,

przede

wszystkim

asfalty

, znane były już

w starożytności jako lepiszcza,

obecnie stosowane jako izolacje

przeciwwilgociowe i przeciwwodne,

do pokryć dachowych, w

drogownictwie.

Na początku XX w. pojawiły się pierwsze

syntetyczne materiały budowlane –

tworzywa sztuczne

– szerzej

wprowadzone do budownictwa po

drugiej wojnie światowej. Mają

zastosowanie przede wszystkim jako

materiały wykończeniowe, podłogowe,

ścienne, detale wykończeniowe,

pokrycia dachowe, izolacje cieplne i

przeciwwilgociowe, antykorozyjne,

kleje, wyroby malarskie itp.

Powszechnie wykorzystuje się tworzywa sztuczne

w połączeniu z materiałami tradycyjnymi:



drewno i materiały drewnopochodne klejone

żywicami syntetycznymi i prasowane



laminaty papierowe i szklane nasycane

żywicami



konglomeraty kamienne ze spoiwem

żywicznym



płyty warstwowe z rdzeniem ze spienionego

tworzywa sztucznego



płyty i elementy metalowe zabezpieczone

powłokami polimerowymi

Dobry materiał budowlany to taki, który

najlepiej

spełnia wymagania

stawiane podczas

budowy obiektu

budowlanego

oraz wieloletniej jego

eksploatacji,

z uwzględnieniem

wymogów ekonomicznych i

ekologicznych.

Każdy materiał budowlany ma

charakterystyczne dla niego

właściwości, które decydują o jego

przydatności i zakresie stosowania w

budowli. Na właściwości te można

wpływać i kształtować je, poprzez

oddziaływanie na jego skład i

strukturę w wyniku zastosowania

odpowiednich technologii i technik.

Właściwość materiału budowlanego -

odpowiedź materiału na działające na

niego różnego rodzaju obciążenia

(wpływy) – fizyczne, mechaniczne,

fizykochemiczne, chemiczne, biologiczne;

jest to zachowanie się materiału w

konkretnych warunkach różnych

oddziaływań użytkowych, np. obciążeń

mechanicznych, wahań temperatury,

działania agresywnych płynów i gazów.

Grupy właściwości

materiałów

budowlanych



Właściwości fizyczne



Właściwości mechaniczne



Właściwości chemiczne

Cechy związane ze

struktura materiału



Gęstość



Gęstość objętościowa



Gęstość nasypowa



Szczelność



Porowatość

Cechy związane z

oddziaływaniem wody i

pary wodnej



Wilgotność



Nasiąkliwość



Przesiąkliwość



Higroskopijność



Zdolność do podciągania kapilarnego



Paroprzepuszczalność



Wodoszczelność



Mrozoodporność



Zmiany liniowe i objętościowe



Współczynnik rozmiękania

Cechy związane z

oddziaływaniem

temperatury i ciepła



Przewodność cieplna



Przenikanie ciepła



Opór cieplny i pojemność

cieplna



Rozszerzalność cieplna



Odporność ogniowa



Palność

Odporność na starzenie



Odporność w warunkach

sztucznych (komora

klimatyzacyjna)



Odporność w warunkach

naturalnych

Cechy związane z

oddziaływaniem

zdrowotnym materiałów



Emisja substancji

toksycznych



Promieniowanie jonizujące



Zjawiska elektryczne

(elektryzacja)



Podatność na korozję

biologiczną

WŁAŚCIWOŚCI

MECHANICZNE

Charakteryzują materiały w

warunkach oddziaływania

obciążeń typu mechanicznego,

zapewniając przede wszystkim

nośność i stateczność konstrukcji

Właściwości

mechaniczne



Wytrzymałość na ściskanie



Wytrzymałość na

rozciąganie



Wytrzymałość na zginanie



Wytrzymałość na ścinanie



Wytrzymałość na skręcanie

Właściwości

mechaniczne



Twardość



Sprężystość



Plastyczność



Ścieralność



Udarność



Kruchość



Pełzanie



Relaksacja

WŁAŚCIWOŚCI

CHEMICZNE

Charakteryzują materiały podlegające

działaniom obciążeń typu chemicznego

(środowisk agresywnych), wynikają ze

składu chemicznego i mineralnego

materiałów, określają ich odporność

chemiczną, np. kwasoodporność,

ługoodporność.

WŁAŚCIWOŚCI

TECHNOLOGICZNE

Charakteryzują zachowanie się

materiałów w czasie wytwarzania i

stosowania; materiał powinien

umożliwiać wykonanie budowli w

sposób prawidłowy, bez utrudnień

w sztuce budowania.

TRWAŁOŚĆ OBIEKTU

BUDOWLANEGO

jest funkcją:



właściwości użytych materiałów,



projektu,



wykonania,



oddziaływań środowiska na budowlę,



sposobu użytkowania i poziomu

utrzymania

Trwałość materiału

, a w szerszym

ujęciu także trwałość budowli, to

zdolność zachowania zadowalających

właściwości technicznych i

estetycznych, pełnej sprawności

eksploatacyjnej w granicach

bezpieczeństwa w warunkach

użytkowania z założonym okresie,

bez ponoszenia nadmiernych

kosztów utrzymania.

KOROZJA MATERIAŁU

BUDOWLANEGO

stopniowe nieodwracalne pogorszenie

właściwości technicznych materiału,

a w krańcowych przypadkach

całkowite jego zniszczenie w wyniku

oddziaływań chemicznych,

fizycznych, mechanicznych i

biologicznych

GĘSTOŚĆ

Masa jednostki objętości materiału bez

uwzględnienia porów wewnątrz

materiału, a więc w stanie zupełnej

szczelności

gdzie: m- masa suchej próbki materiału,
V

– objętość próbki materiału bez porów

]

[





GĘSTOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA

(POZORNA)

Masa jednostki objętości materiału

wraz z zawartymi w niej porami (w

stanie naturalnym)

gdzie: m- masa suchej próbki materiału,
V – objętość próbki materiału.

]

[





GĘSTOŚĆ NASYPOWA

Masa jednostki objętości materiału

sypkiego w stanie luźnym lub stanie

zagęszczonym

gdzie: m- masa suchej próbki materiału,
V – objętość próbki materiału sypkiego wraz

z pustkami międzyziarnowymi.

]

[





SZCZELNOŚĆ

Wyraża procentową lub względną zawartość

litej masy materiału bez porów w

jednostce objętości

gdzie: 

- gęstość objętościowa (pozorna),

kg/m

 - gęstość, kg/m

[%]

100







]

[

, 





POROWATOŚĆ

Wyraża jaką część całkowitej objętości

materiału stanowi objętość porów

gdzie: 

- gęstość objętościowa (pozorna),

kg/m

 - gęstość, kg/m





[%]

100







[%]

100

















SORPCJA

Zjawisko związane ze zdolnością

materiału do pochłaniania pary

wodnej z powietrza



adsorpcja

– pochłanianie

powierzchniowe pary wodnej



absorpcja

– wnikanie pary wodnej

w głąb materiału

WILGOTNOŚĆ

Względna zawartość wody w materiale,

będąca wynikiem stanu naturalnego

materiału lub skutkiem działania

czynników atmosferycznych lub

eksploatacyjnych.

gdzie: m

– masa próbki materiału w stanie

wilgotnym, kg

- masa próbki materiału w stanie wysuszonym

do stałej masy, kg

[%]

100







NASIĄKLIWOŚĆ MASOWA

Określana jest stosunkiem wody

pobranej przez próbkę materiału o

masie

(w warunkach temperatury pokojowej

+20





C i ciśnienia

atmosferycznego) do masy próbki w

stanie wysuszonym

gdzie: m

– masa próbki materiału w stanie

nasycenia wodą, kg

- masa próbki materiału w stanie wysuszonym

do stałej masy, kg

[%]

100







NASIĄKLIWOŚĆ

OBJĘTOŚCIOWA

Określana jest stosunkiem wody

pobranej przez próbkę materiału o

masie

(w warunkach temperatury pokojowej

+20





C i ciśnienia

atmosferycznego) do jego objętości w

stanie suchym

gdzie: m

– masa próbki materiału w stanie

nasycenia wodą, kg

- masa próbki materiału w stanie wysuszonym

do stałej masy, kg

[%]

100







HIGROSKOPIJNOŚĆ

Jest to zdolność szybkiego wchłaniania przez

materiał pary wodnej z otaczającego

powietrza; oznaczenie polega na

umieszczeniu próbek w eksykatorze nad

wodą i przechowywaniu do ustalenia się ich

stałej masy

gdzie: m

– masa próbki materiału zawilgoconego,

- masa próbki materiału w stanie wysuszonym

do stałej masy, kg

[%]

100









Najbardziej higroskopijny materiał –

chlorek wapnia

Mało higroskopijne materiały:



Ceramika – 0,2 % przy wilg.wzgl.

70%



Wyroby gipsowe – 0,2% przy

wilg.wzgl. 65%; 1,5% przy wilg.wzgl.

100%

KAPILARNOŚĆ

Polega na podciąganiu cieczy przez

włoskowate kanaliki kapilarne

materiału stykającego się z

cieczą; wykazują ją materiały o

strukturze porowatej z otwartymi

i połączonymi ze sobą porami

oraz materiały sypkie (piasek)

PRZESIĄKLIWOŚĆ

Jest to zawilgocenie materiału pod

wpływem cieczy (wody) pod

ciśnieniem. Wyrażana jest ilością

wody w gramach, która w ciągu 1

godziny przenika przez 1 cm

powierzchni materiału przy stałym

ciśnieniu. Ilość cieczy

przechodzącej zależy od szczelności

materiału i rodzaju porowatości.

PRZESIĄKLIWOŚĆ c.d.

Materiały szczelne nieprzesiąkliwe:

szkło, metale, bitumy, tworzywa

sztuczne.

Materiały o porowatości zamkniętej

nieprzesiąkliwe:

kwarcyty, szkło

piankowe

Materiały o porowatości otwartej

(pory są ze sobą połączone:



mała przepuszczalność i duże

podciąganie kapilarne w

przypadku porów małych



duża przepuszczalność i małe

podciąganie kapilarne w

przypadku porów dużych

SZYBKOŚĆ WYSYCHANIA

Jest to zdolność wydzielania się wody z

materiału do otoczenia, zależnie od

wilgotności otoczenia, temperatury, ruchu

powietrza. Wyraża się ilością wody (w %

masowych lub objętościowych), jaką wydziela

materiał w ciągu 24 godzin w powietrzu o

temp. 20



C i wilgotności względnej 60%.

PRZEPUSZCZALNOŚĆ PARY

WODNEJ

Charakteryzuje dyfuzję pary wodnej

przez materiał (potocznie

„oddychanie ścian

”).

Dyfuzją

pary

wodnej

nazywane jest

przemieszczanie się cząsteczek pary

wodnej przez przegrody w wyniku

występowania różnicy stężeń pary

wodnej po obu stronach przegrody.

PRZEPUSZCZALNOŚĆ PARY

WODNEJ c.d.

Zdolność przenikania powietrza i

pary wodnej przez materiały

budowlane ma znaczenie dla

naturalnej wentylacji. Zależy od

rodzaju porowatości materiału i

stopnia jego zawilgocenia.

PRZEPUSZCZALNOŚĆ PARY

WODNEJ c.d.

Miarą paroprzepuszczalności jest

masa pary wodnej, która przenika

(dyfunduje ) przez jednostkę

powierzchni i grubości materiału w

jednostce czasu, przy jednostkowej

różnicy ciśnień po jego obu

stronach.

WSPÓŁCZYNNIK

PRZEPUSZCZALNOŚCI PARY

WODNEJ

























gdzie:

m – masa pary wodnej [g] przenikająca przez

warstwę materiału o powierzchni F [m

] w

czasie t [h]

d- grubość warstwy materiału [m]



p – różnica ciśnień występujących po obydwu

stronach warstwy materiału [Pa]

Przykładowe wartości współczynnika

paroprzepuszczalności





dla drewna

6,2



-5

[g/(m



Pa)]



dla betonu zwykłego



-5

[g/(m



Pa)]



dla betonu komórkowego

1,5



-4

[g/(m



Pa)]



dla cegły ceramicznej



-4

[g/(m



Pa)]

OPÓR DYFUZYJNY r

Jest to opór, jaki stawia parze wodnej

warstwa materiału o grubości

oraz

współczynniku paroprzepuszczalności











WSPÓŁCZYNNIK OPORU

DYFUZYJNEGO



Jest to

iloraz

współczynnika

paroprzepuszczalności

powietrza

współczynnika paroprzepuszczalności warstwy

danego

materiału

. Daje on porównanie

wielkości oporu dyfuzyjnego pary wodnej

materiału w stosunku do warstwy nieruchomego

powietrza o takiej samej grubości i w tej samej

temperaturze (

określa ile razy opór

dyfuzyjny materiału jest większy od oporu

powietrza

WSPÓŁCZYNNIK OPORU

DYFUZYJNEGO



Cegła ceramiczna –

Beton komórkowy –

2,5

Tynk mineralny –

Tynk żywiczny (syntetyczny) -

300

MROZOODPORNOŚĆ

Jest to przeciwstawianie się

materiału nasyconego wodą

zniszczeniu jego struktury przy

wielokrotnych naprzemiennych

cyklach zamrażania i odmrażania.

MROZOODPORNOŚĆ c.d.

Podczas zamrażania woda w

porach materiału zwiększa swoją

objętość o ok. 10%, wywołując

tym samym naprężenia mogące

zniszczyć strukturę materiału.

Wzrost objętości zależy od

temperatury. Na rozmiar

zjawiska ma wpływ: wielkość i

struktura porów, ich połączenie

oraz stopień wypełnienia wodą.

Oznaczenie mrozoodporności polega

na:



stwierdzeniu, czy nie nastąpiły w próbce

wykruszenia, odpryski, pęknięcia, rozwarstwienia,

uszkodzenia naroży i krawędzi



określeniu procentowej straty masy:



określeniu wsp. odporności na zamrażanie:

, f

–

odpowiednio wytrzymałość na ściskanie próbki

w stanie nasycenia przed badaniem o po badaniu

100









W 

WSPÓŁCZYNNIK

ROZMIĘKANIA

Charakteryzuje odporność materiału na

działanie wody. Określany jest

stosunkiem wytrzymałości na ściskanie

materiału nasyconego wodą do

wytrzymałości materiału w stanie

suchym:

K 

Dla wyrobów gipsowych K=0,30÷0,40

SKURCZ i PĘCZNIENIE

SKURCZ

- zmiana objętości (w % obj.)

lub wymiarów liniowych (w mm/m lub

‰

) materiału wilgotnego przy

wysychaniu (drewno, glina),

twardnieniu (betony, zaprawy,

kompozyty polimerowe) lub oziębianiu

(materiały organiczne i nieorganiczne).

PĘCZNIENIE

– zjawisko odwrotne

Wartości skurczu

twardnienia/utwardzania



zaprawy cementowe

do 1%

(1 mm/m)



beton cementowy

0,2

0,5 mm/m



żelbet

0,2 mm/m



epoksydowe mieszanki podłogowe

1,3 mm/m



kity epoksydowe

0,5 mm/m

PRZEWODNOŚĆ CIEPLNA

Jest to zdolność do przewodzenia

ciepła (przepuszczania strumienia

energii cieplnej) od jednej

powierzchni materiału do drugiej

w wyniku różnicy temperatur na

tych powierzchniach.

WSPÓŁCZYNNIK

PRZEWODNOŚCI CIEPLNEJ



Oznacza ilość ciepła Q w dżulach

przepływającą przez powierzchnię F =

materiału o grubości b=1m w

ciągu czasu



=1h przy różnicy

temperatur obu powierzchni



t=1 K:





















Wartość współczynnika



zależy

od:



wielkości i struktury porów w

materiale



temperatury



wilgotności materiału



kierunku przepływu strumienia ciepła

(dla materiałów anizotropowych)

CIEPŁO WŁAŚCIWE

Jest to ilość ciepła potrzebna do

ogrzania materiału o masie m=1 kg o



t=1 K.











Ciepło właściwe charakteryzuje

materiał w zakresie jego

zdolności do akumulowania

ciepła w czasie ogrzewania. Im

większa wartość

, tym więcej

ciepła może on w sobie

zmagazynować w czasie

ogrzewania i tym dłużej

przechowuje je po przerwaniu

ogrzewania.

Document Outline