eng
Содержание
Содержание
Предисловие ............................................................................................................. 15
Глава 1. Строительная отрасль ................................................................................ 17
1.1.
Строительное дело ...................................................................................... 17
1.2.
Строительные профессии .......................................................................... 17
1.2.1.
Профессии, занятые при возведении несущего каркаса
и ограждающих конструкций здания ............................................... 18
1.2.2.
Профессии подземного строительства ............................................. 19
1.2.3.
Профессии отделочников ................................................................. 19
1.3.
Взаимодействие строительных профессий ............................................... 20
1.4.
Образование в области строительства ....................................................... 21
Глава 2. Естественно-научные основы строительства ........................................... 23
2.1.
Химические основы ................................................................................... 23
2.1.1.
Тело и вещество ................................................................................. 23
2.1.2.
Химические и физические процессы ............................................... 24
2.1.3.
Виды веществ..................................................................................... 25
2.1.4.
Химические элементы ....................................................................... 25
2.1.5.
Химические соединения ................................................................... 27
2.1.6.
Смеси ................................................................................................. 29
2.1.7.
Важнейшие основные веществаи их соединения ............................ 30
2.1.8.
Кислоты ............................................................................................. 33
2.1.9.
Щелочи .............................................................................................. 34
2.1.10.
Соли ................................................................................................. 35
2.1.11.
Вода .................................................................................................. 37
2.1.12.
Загрязнение и защита окружающей среды ..................................... 39
2.2.
Физические основы .................................................................................... 41
2.2.1.
Физические величины ...................................................................... 42
2.2.2.
Объем, масса, плотность, пористость .............................................. 43
2.2.3.
Когезия, агрегатные состояния, адгезия ........................................ 45
2.2.4.
Поверхностное натяжение, капиллярность ..................................... 46
2.2.5.
Механические свойства твердых тел ................................................ 47
2.2.6.
Силы .................................................................................................. 48
2.2.7.
Нагрузки на здание ........................................................................... 52
2.2.8.
Прочность и напряжение .................................................................. 53
2.2.9.
Давление в жидкостях ....................................................................... 57
2.2.10.
Тепло ................................................................................................ 58
2.2.11.
Влажность воздуха ........................................................................... 64
2.2.12.
Звук .................................................................................................. 65
2.3.
Основы электротехники ............................................................................. 67
2.3.1.
Распределение электрической энергии ............................................ 68
2.3.2.
Производственная безопасность и безопасность труда ................... 70
2.3.3.
Защитные мероприятия .................................................................... 71
2.3.4.
Виды защиты, классы защиты .......................................................... 73
2.3.5.
Электрические установки на стройплощадках ................................. 74
Глава 3. Строительные материалы .......................................................................... 77
3.1.
Природные строительные камни............................................................... 77
3.1.1.
Возникновение природных строительных камней .......................... 77
3.1.2.
Виды природных камней .................................................................. 78
3.2.
Искусственные камни ................................................................................ 82
3.2.1.
Обожженные камни .......................................................................... 82
3.2.2.
Необожженные камни ...................................................................... 89
3.3.
Стекло ......................................................................................................... 98
3.3.1.
Изделия из стекла .............................................................................. 98
3.4.
Вяжущие ....................................................................................................102
3.4.1.
Строительные извести ......................................................................102
3.4.2.
Цементы ............................................................................................104
3.4.4.
Кальциево-сульфатные вяжущие и композитные
кальциево-сульфатные вяжущие ....................................................112
3.4.5.
Смешанные вяжущие .......................................................................112
3.4.6.
Штукатурные и кладочные вяжущие ..............................................112
3.4.7.
Битумы ..............................................................................................113
3.4.8.
Асфальт .............................................................................................119
3.5.
Заполнители из каменных материалов .....................................................124
3.5.1.
Свойства ...........................................................................................124
3.5.2.
Контроль (проверка) ........................................................................126
3.5.3.
Поверхностная влажность ...............................................................127
3.5.4.
Виды ..................................................................................................127
3.5.5.
Заполнитель для раствора ................................................................127
3.5.6.
Заполнители для бетона ...................................................................128
3.6.
Вода затворения .........................................................................................132
3.7.
Добавки к бетону .......................................................................................132
3.7.1.
Средства, добавляемые к бетону ......................................................132
3.7.2.
Прочие добавки к бетону .................................................................135
3.8.
Растворы ....................................................................................................136
3.8.1.
Приготовление раствора ..................................................................136
3.8.2.
Кладочные растворы ........................................................................137
3.8.3.
Стяжечные растворы ........................................................................140
3.8.4.
Штукатурные растворы ....................................................................140
3.9.
Древесина ..................................................................................................142
3.9.1.
Рост и строение древесины ..............................................................142
3.9.2.
Свойства древесины .......................................................... 148
3.9.3.
Высушивание древесины .................................................................153
3.9.4.
Породы древесины ...........................................................................156
3.9.5.
Пороки древесины ...........................................................................160
3.9.6.
Вредители древесины .......................................................................161
3.9.7.
Защита древесины ............................................................................166
3.9.8.
Товарные формы цельной древесины ............................................172
3.9.9.
Шпон и древесные материалы .........................................................175
3.10.
Металлы ...................................................................................................181
3.10.1.
Черные металлы ..............................................................................181
3.10.1.1.
Чугун ............................................................................................182
3.10.2.
Арматура для бетона .......................................................................185
3.10.3.
Напрягаемая арматура ....................................................................191
3.10.4.
Профилированные растягивающиеся металлические листы .......192
3.10.5.
Цветные металлы ..........................................................................192
3.10.6.
Коррозия .........................................................................................194
3.11.
Пластмассы ..............................................................................................198
3.11.1.
Состав, свойства и обозначение ......................................... 198
3.11.2.
Виды ................................................................................................199
Глава 4. Строительное проектирование ................................................................206
4.1.
Виды строительного проектирования ......................................................206
4.2.
Основы строительного проектирования ..................................................207
4.2.1.
Основы строительного права ...........................................................207
4.2.2.
Технические основы .........................................................................213
4.3.
Фазы строительного проектирования и проведения
строительных работ ...................................................................................215
4.4.
Процесс получения разрешения на строительство ..................................215
4.5.
Масштабы планов .....................................................................................218
4.6.
Планирование затрат на строительство....................................................218
4.7.
Описание работ, передача заказа и расчет стоимости
строительных работ (AVA) .........................................................................220
4.7.1.
Определение объемов работ и передача заказа на исполнение ......221
4.7.2.
Расчет стоимости работ ....................................................................224
Глава 5. Строительное производство .....................................................................225
5.1.
Подготовка работ.......................................................................................225
5.1.1.
Способ строительства ......................................................................225
5.1.2.
Время строительства ........................................................................226
5.1.3.
Оборудование строительной площадки ..........................................229
5.2.
Надзор за ведением строительных работ ..................................................240
5.2.1.
Отчетность ........................................................................................240
5.2.2.
Строительный контроль ..................................................................242
5.3.
Техника безопасности ...............................................................................243
5.3.1.
Предотвращение несчастных случаев .............................................243
5.3.2.
Поведение при несчастных случая ..................................................245
5.4.
Строительные леса и подмости.................................................................245
5.4.1.
Защитные леса ..................................................................................246
5.4.2.
Рабочие леса и подмости ..................................................................248
5.5.
Строительные измерения ..........................................................................257
5.5.1.
Разбивка точек ..................................................................................257
5.5.2.
Измерение длины .............................................................................260
5.5.3.
Измерение углов ...............................................................................262
5.5.4.
Измерение высот ..............................................................................265
5.5.5.
Строительные геодезические измерения с помощью
лазерного инструмента ....................................................................269
5.5.6.
Съемка продольных и поперечных профилей ................................272
5.5.7.
Строительная разбивка ....................................................................274
5.5.8.
Обноска.............................................................................................275
Глава 6. Строительные грунты, фундаменты, водоотведение ..............................279
6.1.
Строительные грунты ................................................................................279
6.1.1.
Строительный котлован, укрепление котлованов ..........................280
6.1.2.
Распределение давления в грунте ....................................................284
6.1.3.
Осадка зданий и разрушение грунта ................................................285
6.1.4.
Поведение грунта при морозе (промерзание) .................................286
6.1.5.
Водоотлив .........................................................................................286
6.2.
Фундаменты ...............................................................................................288
6.2.1.
Разновидности фундаментов ...........................................................288
6.2.2.
Фундаменты глубокого заложения ..................................................291
6.2.3.
Заземление фундаментов .................................................................293
6.3.
Водоотведение из дома и с участка ...........................................................294
6.3.1.
Виды сточных вод .............................................................................294
6.3.2.
Методы водоотведения ....................................................................295
6.3.3.
Канализационные трубопроводы ....................................................296
6.3.4.
Устройство траншеи для прокладки труб ........................................298
6.3.5.
Прокладка труб .................................................................................300
6.3.6.
Контрольные устройства ..................................................................300
6.3.7.
Обратная засыпка траншей канализации .......................................301
Глава 7. Каменные работы .....................................................................................303
7.1.
Модульная система размеров ....................................................................303
7.1.1.
Модульные размеры и форматы камней .........................................303
7.1.2.
Конструктивные размеры без отделки ............................................304
7.2.
Перевязка кладки ......................................................................................305
7.2.1.
Серединная перевязка ......................................................................306
7.2.1.2.
Ложковая перевязка ......................................................................307
7.2.2.
Концевые перевязки ........................................................................308
7.2.3.
Присоединения стен под прямым углом .........................................310
7.2.4.
Косоугольные присоединения стен.................................................313
7.2.5.
Перевязка при кладке дымовых труб ...............................................314
7.2.6.
Декоративные перевязки .................................................................315
7.3.
Каменная кладка стен ...............................................................................317
7.3.1.
Прочность каменной кладки ...........................................................317
7.3.2.
Кладка стен .......................................................................................319
7.4.
Каменные работы ......................................................................................325
7.4.1.
Рабочие приспособления .................................................................325
7.4.2.
Рабочее место ...................................................................................326
7.4.3.
Производство работ..........................................................................326
7.5.
Виды каменной кладки .............................................................................333
7.5.1.
Однослойная кладка .........................................................................334
7.5.2.
Кладка с двумя слоями из камня .....................................................338
7.5.3.
Стены-заполнения ...........................................................................348
7.5.4.
Каменные арки и своды ...................................................................349
7.6.
Кладка из природного камня ....................................................................350
7.6.1.
Природные кладочные камни .........................................................351
7.6.2.
Работа с природным камнем ............................................................351
7.6.3.
Виды кладки .....................................................................................352
7.7.
Ремонт каменной кладки ..........................................................................356
7.7.1.
Описание объекта и имеющихся повреждений ..............................356
7.7.2.
Санация каменной кладки ...............................................................357
7.7.3.
Осушение каменной кладки ............................................................359
7.7.4.
Устранение солей и высолов ............................................................362
7.7.5.
Замена каменной кладки .................................................................362
Глава 8. Устройство опалубки ................................................................................364
8.1.
Части опалубки ..........................................................................................365
8.1.1.
Палуба опалубки...............................................................................365
8.1.2.
Несущая конструкция ......................................................................367
8.2.
Изготовление опалубки ............................................................................371
8.2.1.
Установка опалубки ..........................................................................372
8.2.2.
Раскрепление опалубки ...................................................................372
8.2.3.
Опалубка в местах выемок ...............................................................374
8.3.
Снятие опалубки (распалубливание) .......................................................375
8.3.1.
Уход и складирование опалубки ......................................................376
8.4.
Опалубки для частей зданий .....................................................................377
8.4.1.
Опалубка для фундаментов ..............................................................377
8.4.2.
Стеновая опалубка ...........................................................................378
8.4.3.
Опалубка стоек .................................................................................381
8.4.4.
Опалубка балок .................................................................................382
8.4.5.
Опалубка перекрытий ......................................................................382
8.4.6.
Опалубка лестниц .............................................................................383
8.4.7.
Опалубка для лицевого бетона .........................................................384
8.4.8.
Опалубки стен и перекрытий большой площади ............................385
8.4.9.
Подъемно-переставная опалубка ....................................................388
8.4.10.
Скользящая опалубка .....................................................................389
Глава 9. Строительство из бетона ..........................................................................391
9.1.
Виды и стандартизация .............................................................................391
9.2.
Свежий бетон .............................................................................................392
9.2.1.
Фазы твердения ................................................................................392
9.2.2.
Водоцементное отношение ..............................................................394
9.2.3.
Консистенция ...................................................................................396
9.2.4.
Транспортный бетон ........................................................................399
9.2.5.
Поставки транспортного бетона ......................................................400
9.2.6.
Укладка .............................................................................................405
9.3.
Твердый бетон............................................................................................418
9.3.1.
Свойства ...........................................................................................418
9.3.2.
Классификация твердого бетона .....................................................422
9.4.
Обеспечение качества ...............................................................................425
9.4.1.
Контроль производства ....................................................................425
9.4.2.
Контроль соответствия качества .....................................................426
9.5.
Легкий бетон ..............................................................................................429
9.5.1.
Виды легкого бетона.........................................................................430
9.5.2.
Состав ...............................................................................................431
9.5.3.
Свойства ...........................................................................................432
9.5.4.
Укладка .............................................................................................433
Глава 10. Строительство из железобетона .............................................................435
10.1.
Железобетон ............................................................................................435
10.1.1.
Положение и форма арматуры .......................................................437
10.1.2.
Защитный слой бетона ...................................................................439
10.1.3.
Указания по армированию .............................................................442
10.1.4.
Армирование...................................................................................451
10.1.5.
Армирование железобетонных конструкций ................................457
10.1.6.
Перекрытия ....................................................................................467
10.1.7.
Железобетонные балки и железобетонные балочные
плиты ...............................................................................................484
10.2.
Реконструкция железобетонных сооружений ........................................489
10.2.1.
Воздействия на железобетонные конструкции .............................490
10.2.2.
Проектирование мероприятий по ремонту ...................................493
10.2.3.
Методы ремонта конструкций (санирование) ..............................493
10.2.4.
Проведение ремонта .......................................................................494
10.3.
Предварительно-напряженный бетон ....................................................496
10.3.1.
Принцип предварительно-напряженного бетона .........................497
10.3.2.
Виды предварительно напряженного бетона ................................498
10.3.3.
Строительные материалы ...............................................................500
10.3.4.
Напрягающий элемент ...................................................................501
10.3.5.
Предварительное напряжение .......................................................502
10.3.6.
Процесс натяжения ........................................................................502
10.3.7.
Преимущества предварительно напряженного бетона .................503
Глава 11. Сборное строительство из бетона ..........................................................505
11.1.
Способы строительства из сборных элементов ......................................505
11.1.1.
Каркасное строительство ...............................................................506
11.1.2.
Панельное строительство ...............................................................507
11.2.
Изготовление и монтаж сборных элементов ..........................................509
11.2.1.
Изготовление ..................................................................................509
11.2.2.
Монтаж ...........................................................................................510
11.2.3.
Сборные стены ...............................................................................512
Глава 12. Строительство из дерева .........................................................................514
12.1.
Обработка древесины ..............................................................................514
12.1.1.
Измерение и разметка ....................................................................514
12.1.2.
Распиловка ......................................................................................514
12.1.3.
Строгание ........................................................................................519
12.1.4.
Долбление .......................................................................................521
12.1.5.
Сверление .......................................................................................522
12.1.6.
Шлифование ...................................................................................524
12.1.7.
Предписания по предупреждению несчастных случаев ...............524
12.2.
Крепежные изделия .................................................................................525
12.2.1.
Гвозди ..............................................................................................525
12.2.2.
Скобы ..............................................................................................527
12.2.3.
Шурупы ...........................................................................................527
12.2.4.
Шпонки ..........................................................................................528
12.2.5.
Гвоздевые пластины........................................................................529
12.2.6.
Крепления из перфорированного стального листа .......................530
12.3.
Соединения деревянных элементов .......................................................531
12.3.1.
Продольные соединения ................................................................531
12.3.2.
Угловые соединения .......................................................................532
12.3.3.
Примыкающие соединения ...........................................................532
12.3.4.
Крестовые соединения ...................................................................533
12.3.5.
Врубки .............................................................................................534
12.3.6.
Соединения на болтах и стержневых шпонках .............................536
12.3.7.
Соединения на шпонках ................................................................537
12.3.8.
Несущие гвоздевые соединения ....................................................539
12.3.9.
Соединения с помощью гвоздевых пластин .................................542
12.4.
Склеивание строительной древесины ....................................................543
12.4.1.
Клеящие материалы .......................................................................544
12.4.2.
Многослойный клееный брус ........................................................546
12.4.3.
Клееные балки ................................................................................548
12.4.4.
Балки со стенкой и фахверковые фермы .......................................549
12.5.
Деревянные конструкции .......................................................................550
12.5.1.
Деревянные стены ..........................................................................550
12.5.2.
Деревянные перекрытия ................................................................554
Глава 13. Строительство с применением стальных конструкций ........................558
13.1.
Обработка стали .......................................................................................558
13.1.1.
Соединение .....................................................................................558
13.1.2.
Резка ................................................................................................559
13.1.3.
Изменение формы ..........................................................................560
13.2.
Виды строительных систем .....................................................................560
13.2.1.
Фахверковые системы ....................................................................560
13.2.2.
Рамные конструкции ......................................................................561
13.3.
Устройство колонн и ригелей ..................................................................562
13.3.1.
Стальные колонны .........................................................................562
13.3.2.
Стальные балки ..............................................................................562
13.3.3.
Устройство стен ..............................................................................563
13.4.
Защитные мероприятия ..........................................................................564
10
Содержание
Глава 14. Устройство лестниц ................................................................................566
14.1.
Определения ............................................................................................566
14.2.
Формы лестниц ........................................................................................566
14.3.
Размеры лестниц......................................................................................568
14.3.1.
Размеры ступеней ...........................................................................568
14.3.2.
Размеры лестниц ............................................................................570
14.3.3.
Расчет забежных ступеней .............................................................571
14.4.
Устройство лестниц .................................................................................575
14.4.1.
Каменные лестницы .......................................................................575
14.4.2.
Деревянные лестницы ....................................................................584
14.4.3.
Виды конструкций деревянных лестниц .......................................584
14.4.4.
Перила лестниц ..............................................................................589
Глава 15. Защита зданий и сооружений .................................................................591
15.1.
Тепло- и звукоизоляционные материалы ...............................................591
15.2.
Пароизоляция ..........................................................................................595
15.3.
Теплозащита .............................................................................................597
15.3.1.
Теплопроводность ..........................................................................598
15.3.2.
Коэффициент теплопередачи, сопротивление теплопередаче ....598
15.3.3.
Сопротивление теплообмену .........................................................600
15.3.4.
Общее сопротивление теплопередаче, общий коэффициент
теплопередачи .................................................................................601
15.3.5.
Требования к теплозащите .............................................................602
15.3.6.
Теплоизолирующие конструкции ..................................................608
15.4.
Влагозащита .............................................................................................612
15.4.1.
Гидроизоляция против грунтовой влаги ........................................613
15.4.2.
Изоляция против воды под давлением ..........................................617
15.4.3.
Швы в строительных сооружения .................................................619
15.4.4.
Дренаж ............................................................................................622
15.4.5.
Возникновение конденсата ............................................................625
15.5.
Шумозащита ............................................................................................629
15.5.1.
Звукоизоляция ................................................................................629
15.5.2.
Звукоизоляция стен ........................................................................630
15.5.3.
Звукоизоляция перекрытий ...........................................................632
15.5.4.
Защита от шума за счет звукопоглощения ....................................635
15.6.
Пожарозащита .........................................................................................636
15.6.1.
Пожарная опасность строительных материалов и продуктов ......637
15.6.2.
Пожарная опасность конструкций ................................................638
15.6.3.
Пожарозащитные мероприятия для строительных
конструкций ....................................................................................638
Глава 16. Системы отвода отработанных газов, строительство дымовых труб ....642
16.1.
Обозначения, используемые для дымовых труб .....................................642
16.2.
Принцип действия ...................................................................................643
16.3.
Строительство дымовых труб ..................................................................644
16.3.1.
Требования к дымовым трубам ......................................................644
16.3.2.
Факторы, влияющие на тягу трубы ................................................646
16.3.3.
Маркировка дымовых труб и систем отвода ОГ ............................647
16.3.4.
Конструкции дымовых труб ...........................................................648
Глава 17. Крыши .....................................................................................................652
17.1.
Части крыш и их форма ...........................................................................652
17.2.
Несущие конструкции крыши ................................................................654
17.2.1.
Стропильная крыша .......................................................................655
17.2.2.
Крыша из стропил с затяжкой .......................................................656
17.2.3.
Крыша с наслонными стропилами ................................................656
17.2.4.
Шпренгельная система и висячая система стропил .....................659
17.2.5.
Свободно опертые фермы ..............................................................660
17.3.
Уклон крыш .............................................................................................663
17.4.
Кровля ......................................................................................................664
17.4.1.
Нижняя кровля, нижнее покрытие и подкладочный слой ...........665
17.4.2.
Кровельное покрытие и гидроизоляция кровли ...........................666
17.5.
Уклонные кровли .....................................................................................667
17.5.1.
Чешуйчатые кровельные материалы ......................................................667
17.5.2.
Покрытие профильными листами .................................................676
17.5.3.
Покрытие фальцованным листовым металлом .............................679
17.5.4.
Покрытие рулонными материалами ..............................................680
17.5.5.
Защита от несчастных случаев при кровельных работах ..............680
17.5.6.
Вентилируемые и невентилируемые скатные крыши ...................680
17.6.
Плоские крыши .......................................................................................684
17.6.1.
Невентилируемые плоские крыши ................................................684
17.6.2.
Озелененная кровля .......................................................................685
17.6.3.
Вентилируемые плоские кровли ....................................................686
Глава 18. Внутренняя отделка и оборудование здания .........................................688
18.1.
Санитарно-техническое оборудование ..................................................688
18.1.1.
Монтаж оборудования для питьевой воды ....................................688
18.1.2.
Монтаж системы отведения сточных вод ......................................690
18.1.3.
Санитарно-технические устройства ..............................................691
18.2.
Отопительная техника .............................................................................692
18.2.1.
Выработка тепловой энергии .........................................................692
18.2.2.
Распределение тепловой энергии ..................................................694
18.2.3.
Система подачи топлива ................................................................697
18.3.
Системы кондиционирования и вентиляции ........................................702
18.3.1.
Вентиляционные и климатические установки ..............................702
18.3.2.
Центральная система вытяжной вентиляции ...............................703
18.3.3.
Центральная система вентиляции жилых помещений .................704
18.4.
Электрооборудование .............................................................................705
18.4.1.
Устройства подведения электроэнергии к зданию ........................706
18.4.2.
Главные провода .............................................................................706
18.4.3.
Электросчетчик ..............................................................................706
18.4.4.
Распределительные провода с предохранителями
для отдельных цепей тока ...............................................................706
12
Содержание
18.3.5.
Электрооборудование в отдельных электрических цепях ............707
18.4.6.
Информационные системы ...........................................................707
18.4.7.
Оборудование системотехники здания..........................................708
18.4.8.
Визуализация в системе автоматизации зданий ...........................710
18.4.9.
Системы охранной и пожарной сигнализации .............................711
18.4.10.
Фотоэлектрические системы .......................................................712
18.5.
Штукатурка ..............................................................................................715
18.5.1.
Методы оштукатуривания ..............................................................715
18.5.2.
Штукатурные системы ...................................................................718
18.5.3.
Сухая штукатурка ...........................................................................722
18.5.4.
Теплоизоляционные штукатурные системы .................................722
18.5.5.
Многослойные теплоизоляционные системы ..............................723
18.5.6.
Санирующая штукатурка ...............................................................726
18.5.7.
Наружная цокольная штукатурка и наружная штукатурка
для стен подвалов ............................................................................727
18.5.8.
Оштукатуривание ниш и конструктивных элементов ..................728
18.6.
Стяжка ......................................................................................................730
18.6.1.
Виды стяжек ....................................................................................731
18.6.2.
Конструкции стяжек ......................................................................734
18.5.3.
Укладка стяжек ...............................................................................737
18.6.4.
Деформационные швы ...................................................................741
18.6.5.
Последующая обработка стяжки ...................................................741
18.6.6.
Укладка чистого пола на стяжки ....................................................742
18.6.7.
Определение высоты стяжки .........................................................742
18.6.8.
Различные конструкции стяжек в зависимости
от использования помещений ........................................................743
18.7.
Сухое строительство ................................................................................744
18.7.1.
Строительные материалы ...............................................................744
18.7.2.
Конструкции стен ...........................................................................748
18.7.3.
Потолочные конструкции ..............................................................751
18.7.4.
Обращение и работа с гипсокартонными плитами .......................753
18.8.
Керамические плитки и плиты ...............................................................754
18.8.1.
Обозначения и размеры .................................................................754
18.8.2.
Виды керамической плитки ...........................................................756
18.8.3.
Доборные элементы .......................................................................758
18.8.4.
Инструменты и приспособления ...................................................759
18.8.3.
Облицовка стен и полов .................................................................760
18.8.6.
Облицовка стен и напольные покрытия внутри помещения .......761
18.8.7.
Наружные покрытия ......................................................................762
18.8.8.
Планирование плиточных работ ....................................................763
18.9.
Строительные столярные работы ...........................................................765
18.9.1.
Окна ................................................................................................765
18.9.2.
Двери ...............................................................................................768
18.9.3.
Облицовка стен ...............................................................................774
18.9.4.
Облицовка потолков ......................................................................775
18.9.5.
Переставные перегородки ..............................................................776
18.9.6.
Отделка пола из древесины или древесных материалов ...............778
18.9.7.
Эластичные покрытия пола ...........................................................781
18.9.8.
Текстильные покрытия пола ..........................................................783
Глава 19. Подземное строительство .......................................................................785
19.1.
Водоснабжение ........................................................................................785
19.1.1.
Виды воды .......................................................................................785
19.1.2.
Получение воды ..............................................................................787
19.1.3.
Подготовка воды .............................................................................791
19.1.4.
Водонакопление .............................................................................794
19.1.5.
Распределение воды .......................................................................796
19.2.
Водоотведение .........................................................................................796
19.2.1.
Сточные воды .................................................................................797
19.2.2.
Методы водоотведения ..................................................................798
19.2.3.
Сточный канал ................................................................................800
19.2.4.
Рабочие чертежи .............................................................................812
19.2.5.
Ситуационные планы .....................................................................813
19.3.
Очистка сточных вод ...............................................................................814
19.3.1.
Очистные сооружения ....................................................................814
19.3.2.
Малые очистные сооружения ........................................................822
Глава 20. Дорожное строительство ........................................................................825
20.1.
Дорожная сеть ..........................................................................................825
20.2.
Ответственные за строительство дорог ...................................................826
20.3.
Классификация дорог .............................................................................826
20.4.
Процесс проектирования дорог ..............................................................828
20.4.1.
Предварительный проект (линейный проект) ..............................828
20.4.2.
Эскизный проект для получения разрешения
на строительство .............................................................................828
20.4.3.
Окончательный проект и утверждение проектной
документации ..................................................................................829
20.5.
Трассировка дороги .................................................................................829
20.6.
Генеральный план ....................................................................................829
20.6.1.
Прямые ...........................................................................................830
20.6.2.
Дуги окружностей ...........................................................................830
20.6.3.
Переходные кривые ........................................................................830
20.7.
Вертикальный план .................................................................................833
20.7.1.
Продольные уклоны, выпуклости, вогнутости .............................835
20.7.2.
Расчет высотных отметок градиента ..............................................836
20.7.3.
Полоса кривизны ...........................................................................837
20.7.4.
Полоса поперечных уклонов..........................................................838
20.8.
Поперечный разрез дороги .....................................................................841
20.8.1.
Определение ширины дороги ........................................................842
20.8.2.
Пространство для движения, пространство безопасности,
пространство в свету .......................................................................844
20.8.3.
Велосипедные и пешеходные дороги ............................................844
20.8.4.
Нормативные сечения ....................................................................844
20.8.5.
Устройство откосов.........................................................................844
20.9.
Конструкция дороги ................................................................................845
20.9.1.
Грунтовое основание ......................................................................845
20.9.2.
Основание дорожной одежды ........................................................846
20.9.3.
Земляное полотно ...........................................................................846
20.9.4.
Дорожная одежда ............................................................................846
20.9.5.
Морозозащитный слой...................................................................847
20.9.6.
Несущие слои .................................................................................849
20.9.7.
Слои покрытия ...............................................................................850
20.9.8.
Бетонные покрытия .......................................................................851
20.9.9.
Брусчатые покрытия .......................................................................851
20.10.
Поперечные профили ............................................................................852
20.11.
Удаление воды с дороги .........................................................................853
20.11.1.
Удаление воды с дороги вне застроенных районов .....................854
20.11.2.
Отведение воды с дороги в пределах застроенных районов .......855
20.11.3.
Устройства для просачивания воды (зикеры) ..............................856
20.11.4.
Дрены ............................................................................................856
20.12.
Защита от шума на дорогах....................................................................857
Глава 21. Компьютерные технологии в строительной технике ............................859
21.1.
Строительное проектирование ................................................................... 859
21.2.
Проведение строительных работ ............................................................861
21.3.
Получение информации..........................................................................863
Глава 22. Строительство в прошлом и в современности ......................................865
22.1.
Античный стиль .......................................................................................865
22.2.
Романский стиль .....................................................................................866
22.3.
Готика .......................................................................................................866
22.4.
Возрождение ............................................................................................867
22.5.
Барокко, рококо ......................................................................................868
22.6.
Классицизм ..............................................................................................869
22.7.
Эклектика и югендстиль .........................................................................869
22.8.
Новое время .............................................................................................870
22.9.
Модерн .....................................................................................................871
ГЛАВА 1
СТРОИТЕЛЬНАЯ ОТРАСЛЬ
1.1. Строительное дело
Потребности человека в защите от погодных воздействий и опасностей делают не-
обходимым строительство зданий и сооружений. Рост населения и его растущие
запросы способствуют дальнейшему росту строительной деятельности для создания
зданий и сооружений для жилья, работы, отдыха и транспорта (рис. 1.1).
Рабочие и служащие в строительной отрасли организованы в профсоюзы, рабо-
тодатели объединяются в союзы работодателей. Профсоюзы и союзы работодателей
регулируют условия труда на стройплощадках. В переговорах о тарифах устанавли-
вается заработная плата и другие условия.
Строительное дело подразделяется на основные строительные работы и сопут-
ствующие строительные работы (рис. 1.2).
1.2. Строительные профессии
Различные строительные навыки, которые должны быть использованы при воз-
ведении зданий и сооружений, требуют наличия большого числа строительных
профессий, как, например, профессий, занятых при возведении несущего каркаса и
ограждающих конструкций здания, отделочных работах, подземном строительстве.
К профессиям проектировщиков, кроме инженеров и архитекторов, относятся
также различные виды чертежников, в том числе специалистов в области компью-
терной графики.
Строительные чертежники выполняют по заданиям архитекторов и инженеров
необходимые для возведения зданий и сооружений чертежи, фотоснимки зданий
для их перестройки. Кроме того, они выполняют обмеры и составляют планы
существующих зданий, планы прокладки существующей канализации и других
коммуникаций.
1.2.1. Профессии, занятые при возведении несущего каркаса
и ограждающих конструкций здания
Каменщики и бетонщики возводят фундаменты, стены, колонны, перекрытия,
лестницы и дымовые трубы. Они ведут кладку из искусственных камней и из
природного камня, опалубочные работы и бетонируют части зданий из бетона,
железобетона и предварительно напряженного железобетона, выполняют работы
по изготовлению деталей из бетона, монтажу сборных элементов и возведению
полносборных зданий (рис. 1.3). Кроме того, они возводят обжиговые печи, рассчи-
танные на высокие температуры. При возведении несущего каркаса зданий и ограждающих конструкций могут производиться также устройство теплоизоляции, штукатурные работы, предварительные электротехнические работы, такие, как прокладка
в конструкциях пустых труб для скрытой электропроводки, монтаж предварительно изготовленных
окон, дверных петель и рольставен, укладка стяжек, плитки, отделочных плит и мозаики. Возможны также работы по укладке полов.
Монтажники лесов возводят деревянные, стальные леса и подмостки из алюминия, в
церковных колокольнях, опорах мостов, градирнях,
и сдают их строительным фирмам (рис. 1.4).
Операторы строительных машин управляют и обслуживают строительные машины, занятые на
стройплощадке. Это, например, землеройные машины, машины для изготовления и укладки бетона, а также транспортные машины (рис. 1.5).
Плотники изготавливают в основном деревянные конструкции для стен, перекрытий, лестниц и
крыш. Изготовление лесов и опалубки для бетона, укладка цементно-волокнистых плит, сухие отделочные работы (установка плит сухой штукатурки), а также устройство вентилируемых фасадов относятся также к задачам, выполняемым плотниками.
Жестянщики и кровельщики также относятся к профессиям по возведению «коробки» несущего
остова и ограждающих конструкций зданий.
«Коробка» здания считается законченной, если возведены стены, перекрытия и крыша.
1.2.2. Профессии подземного
строительства
Строители-дорожники строят дороги, площадки и взлетно-посадочные полосы для самолетов. Кроме того, они производят планировку территорий, устраивают откосы, кюветы, канавы и плотины, а также дренаж, трубопроводы водоотведения и шахты (рис. 1.6).
Рельсоукладчики и прокладчики труб также относятся к профессиям подземного строительства.
К работам подземного строительства относятся строительство дорог, а также прокладка трубопроводов.
1.2.3. Профессии отделочников
Штукатуры оштукатуривают неотделанные стены и перекрытия, изготавливают перегородки из сухой штукатурки, ведут работы по затирке и устройству стяжек (рис. 1.7).
Монтажники гипсокартонных плит возводят перегородки «сухим способом», т.е. из гипсокартона на каркасе, ведут отделку стен и перекрытий, укладывают теплоизоляционные слои, сухие стяжки, а также пожарозащитную облицовку конструкций.
Укладчики стяжек устраивают на неотделанном перекрытии стяжки из раствора или укладывают их насухо из плитных материалов, включая устройство тепло- и звукоизоляции, занимаются устройством полов из терраццо и брекчии.
Плиточники, укладчики мозаики и отделочных
плит отделывают стены и полы керамической плиткой, отделочными плитами и мозаикой. Это происходит в основном в мокрых помещениях, таких, как кухни, ванные комнаты, и в помещениях с высокими гигиеническими требованиями, таких, как помещения для хранения и обработки пищевых продуктов или бассейны для плавания (рис. 1.8).
Кроме того, при отделке зданий работают установщики труб и приборов отопления, установщики труб и приборов водоснабжения и канализации (в России они
называются сантехниками. – Примеч. ред.), газовщики, электрики, строительные
слесари, специалисты по каменному литью и терраццо, стекольщики, маляры и лакировщики, а также оформители помещений.
Все работы от возведения «коробки» здания до сдачи здания «под ключ» называются отделкой.
1.3. Взаимодействие строительных профессий
При возведении здания или сооружения необходимо взаимодействие строительных
профессий. В календарных планах производства работ заранее устанавливается
продолжительность каждой работы и последовательность отдельных работ. Они
показываются, как правило, на линейной диаграмме (рис. 1.9). При этом плановая
продолжительность работ обозначается цветными линиями. Для контроля можно
нанести на план действительную продолжительность работ.
Из календарного плана также видно, когда, например, каменщики могут под-
ключаться к работе после прокладки труб для отопления, газоснабжения, водо-
снабжения и канализации для заделки отверстий в стенах. Также можно увидеть,
когда, например, может начаться монтаж батарей отопления, раковин и ванн.
1.4. Образование в области строительства
Профессиональное образование в области строительства производится по ступенча-
той схеме в области основных строительных работ в специальных образовательных
учреждениях, в профессиональных училищах и в межфирменных учебных комбина-
тах строительной отрасли (рис. 1.10). Обучение продолжается, как правило, три года.
В первый год ведется базовое обучение. На втором году обучения подключается профессиональное обучение в области надземного или подземного строительства.
После второго года обучение учащегося в качестве рабочего в области надземного
или подземного строительства или рабочего-отделочника может быть закончено.
Третий год обучения служит для специализации, например в профессии каменщика
или бетонщика. После окончания трехлетнего обучения учащийся может сдать эк-
замен на звание подмастерья или рабочего по профессии. Подмастерье в основных
строительных профессиях называется рабочим по профессии.
Дальнейшее образование на мастера или техника возможно только в профес-
сиональном училище. Обучение в профессиональной высшей школе или в техни-
ческом университете позволяет получить профессию дипломированного инженера
по определенной специальности.
ГЛАВА 2
СТРОИТЕЛЬНАЯ ОТРАСЛЬ
В строительстве большое количество разных строительных материалов с помощью
определенных технологий превращается в здание или сооружение. Это требует
знаний о свойствах строительных материалов и о процессах, происходящих при их
переработке. Основой для этого являются такие естественные науки, как физика,
химия, а также электротехника.
При возведении здания или сооружения необходимо учитывать большое число
химических и физических процессов.
2.1. Химические основы
Химия занимается построением, составом, изготовлением и свойствами
материалов, а также их превращениями и происходящими при этом процессами.
2.1.1. Тело и вещество
Каждое тело, будучи твердым, жидким или газообразным, занимает пространство.
Там, где находится одно тело, не может находиться одновременно второе тело.
Каждое тело состоит из одного определенного вещества, называемого также
материей. Понятия «тело» и «вещество» пересекаются и поэтому применяются
часто в одном и том же значении (рис. 2.1).
Каждое тело занимает определенное пространство и состоит из определенно-
го вещества. Каждое вещество занимает пространство и образует, таким образом,
тело. Тела и вещества могут различаться по своим свойствам.
Свойства тел в основном включают:
• форму агрегатного состояния;
• объем;
• энергетическое состояние.
Свойства веществ в основном включают:
• способность к реакциям с другими веществами;
• запах и вкус;
• устойчивость против коррозии.
Физика занимается состоянием тел и изменением их агрегатных состояний при
физических процессах. Состав веществ при этом не изменяется.
Химия занимается веществами, их составом и свойствами, а также изменениями
веществ при химических процессах.
2.1.2. Химические и физические процессы
2.1.2.1. Химический процесс
При химических процессах из одного или нескольких исходных материалов полу-
чаются новые вещества с полностью другими свойствами, отличными от свойств
При химических процессах возникает новое вещество.
2.1.2.2. Физический процесс
При физических процессах не возникает новое вещество. Изменяется
агрегатное состояние, положение или величина вещества или тела (рис. 2.3).
При физическом процессе изменяется состояние вещества, вещество остается прежним.
2.1.3. Виды веществ
По составу веществ различаются смеси или смеси материалов, химические
соединения и элементы или основные вещества.
СМЕСИ
Состоят из многих различных отдельных веществ. Смеси, например
известковый раствор, с помощью физико-механических методов можно разложить на отдельные вещества – песок, воду и известь (рис. 2.4). Физико- механические методы разделения – это, например, дистилляция, выпаривание, фильтрование и отстаивание.
ХИМИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Состоят по меньшей мере из двух различных основных веществ или элементов.
Химические соединения не могут быть разложены на отдельные элементы с по-
мощью физико-механических процессов. Только с помощью химических методов
можно разложить их на отдельные элементы, как, например, гидрат окиси кальция
на кальций, кислород и водород (см. рис. 2.4).
ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Называются также основными веществами. Это вещества, которые не мо-
гут быть разложены на составляющие ни с помощью физико-механических,
ни с помощью химических методов, как, например, кремний и кислород
(см. рис. 2.4).
2.1.4. Химические элементы
Вещества, которые не могут больше быть разложены на отдельные элементы, на-
зывают химическими элементами или основными веществами.
Существует 90 природных элементов, из которых состоят все вещества на Земле. 19 элементов получены искусственным путем. Из природных элементов 66 – металлы, 17 – неметаллы и 6 – полуметаллы.
Металлы блестят и являются хорошими проводниками электрического тока и тепла.
Неметаллы в основном газообразные, преимущественно диэлектрики и плохие проводники тепла, как, например, сера. Полуметаллы могут иметь как металлические, так и неметаллические
свойства, как, например, кремний и селен.
Элементы обозначаются в основном краткими обозначениями, которые являются производными от их греческого или латинского названия (табл. 2.1).
Химические элементы состоят из атомов. Атомы определенных элементов
одинаковы. Поэтому различные свойства элементов объясняются различным
строением их атомов.
2.1.4.1. Периодическая система элементов
Если исследовать свойства элементов в последовательности их порядковых номеров,
то можно заметить, что почти одинаковые свойства периодически повторяются
через 8 элементов. При этом получается 7 строчек или периодов. Период 3, напри-
мер, объединяет элементы от натрия до аргона (рис. 2.5).
Если расположить 7 периодов так, что элементы с одинаковыми свойствами
будут стоять одни под другими, то получится 8 вертикальных колонок или главных
групп от I до VIII (табл. 2.2).
Расположение элементов по их свойствам в 7 горизонтальных периодов и
8 вертикальных колонок или главных групп называется периодической системой хи-
мических элементов (созданной русским ученым Д.И. Менделеевым. – Примеч. ред.).
Было установлено, что элементы главных групп содержат на внешней электрон-
ной орбите каждый раз от 1 до 8 электронов. Элементы главной группы 1 имеют
всегда 1 внешний электрон. Они все – металлы, за исключением водорода, и сильно
реагируют с неметаллами, как, например, кислород или хлор. Элементы главной
группы VIII имеют на внешней орбите по 8 электронов. Они при комнатной темпе-
ратуре газообразные и не вступают в реакцию с другими элементами (инертные газы).
Металлы находятся в левой части периодической системы, неметаллы – в правой.
Между ними расположены полуметаллы. Периодическая система четко показывает,
что свойства элементов зависят от количества электронов на их внешних орбитах.
Атомы элементов в подгруппах имеют 1 или 2 внешних электрона и различа-
ются по количеству электронов на их внутренних орбитах. Свойства элементов в
подгруппах имеют большое сходство, все они металлы (см. табл. 2.2).
2.1.5. Химические соединения
Различные атомы или элементы могут образовывать между собой соединения.
Возникшее при этом новое вещество называют химическим соединением.
Это новое вещество имеет совсем другие свойства, чем свойства элементов,
из которых он состоит. Например, один атом кислорода (О) с двумя атомами
водорода (Н) образуют одну молекулу воды (Н2О). Химическое соединение
вода имеет другие свойства, чем элементы кислород и водород (рис. 2.6).
Одна молекула – это мельчайшая частица химического соединения.
Молекулы одного химического соединения одинаковы.
У многих элементов определенное количество атомов объединено в молекулы. Их называют элементарными молекулами, например кислород с двумя, а сера с шестью атомами. Только у инертных газов, например у гелия, имеются отдельные атомы (рис. 2.7). В металлических элементах атомы образуют кристаллоподобные соединения частиц (рис. 2.8). Количество атомов одного элемента в молекуле показывается в виде нижнего индекса около краткого обозначения элемента, причем индекс 1 отсутствует.
Примеры:
СН4 1 молекула метана состоит из 1 атома углерода и 4 атомов кислорода;
NaCl 1 молекула хлорида натрия (поваренная соль) состоит из 1 молекулы натрия
и 1 молекулы хлора.
2.1.5.1. Химические уравнения
При химических процессах массы ве ществ перед химическим процессом равны
массам веществ после процесса. Химические процессы, называемые также химиче-
скими реакциями, можно представить в виде химических уравнений, или уравнений
реакций. В химических уравнениях знак равенства заменяется стрелкой.
В левой части уравнения приведены исходные вещества, в правой – вещества,
полученные после реакции (конечные вещества). Количество атомов в левой
части уравнения должно соответствовать количеству атомов в правой части.
Если расчет показывает, что необходимо выравнивание, это производится
соответствующей цифрой перед кратким обозначением (рис. 2.9).
2.1.5.2. Синтез, анализ
Под термином синтез понимают создание химического соединения. Получение
синтетических материалов, например пластиков, является основной задачей хи-
мической промышленности. Разложение химических соединений на их элементы
называют анализом. Синтез и анализ – это химические процессы. Они могут быть представлены
химическими уравнениями (рис. 2.10).
2.1.6. Смеси
Некоторые вещества можно произвольно смешивать. При этом они не будут вступать в химические реакции. Полученная смесь не является новым веществом. Поэтому ее можно разделить на исходные вещества с помощью физических процессов, например с помощью дистилляции, выпаривания, фильтрования, магнитного разделения или осаждения. Смесями являются, например, растворы, дисперсии и сплавы.
2.1.6.1. Растворы
Многочисленные твердые, жидкие и газообразные материалы могут так тонко распределяться в жидкостях, что в них будут существовать только отдельные молекулы. Тогда говорят, что вещество находится в растворенном состоянии, или в растворе. Жидкость называют растворителем (рис. 2.11). Определенное количество растворителя при определенной темпе-
ратуре может растворить только определенное количество вещества. Если это количество достигнуто, то раствор насыщается. Раствор, приближающийся по концентрации к насыщенному, называется концентрированным, а раствор, далекий от состояния
насыщения, называется разбавленным. Процесс растворения может быть ускорен при размельчении растворяемого вещества, а также при помешивании или нагревании. Растворенные твердые вещества могут выделяться из растворов с помощью испарения растворителя, например при обмазке холодной битумной мастикой.
2.1.6.2. Дисперсия
При дисперсии очень маленькие частички вещества распределяются очень тонко в жидкости, не
растворяясь в ней. Такую жидкость называют дисперсионной средой. Если тонко распределенное
вещество является твердым, то дисперсию называют суспензией, например бетонит (рис. 2.12). Если это жидкость, то говорят об эмульсии, например битумная эмульсия (рис. 2.13). В дисперсиях тонко распределенные в жидкости частички со временем осаждаются, и наступает частичное расслоение. Поэтому перед употреблением их надо встряхивать или перемешивать. Примерами могут служить дисперсионные клеи и дисперсионные краски, а также сверлильные эмульсии из нефти и воды для обработки металлов.
2.1.6.3. Сплавы
Многие металлы в расплавленном состоянии растворяются друг в друге. Затвердевший раствор называют сплавом. Свойства сплава очень часто значительно отличаются от свойств исходных металлов, например по их прочности, твердости и температуре плавления. С помощью легирования можно создавать материалы с определенными свойствами. Так, например, сталь с добавками хрома и никеля становится устойчивой против коррозии.
2.1.7. Важнейшие основные вещества и их соединения
Большинство строительных материалов – это смеси из различных
химических соединений, которые, в свою очередь, состоят из элементов.
Наряду с элементами углеродом (С), водородом (Н) и кислородом (О)
строительные материалы и вяжущие содержат калий (Ка), кальций (Са),
кремний (Si), алюминий (Al) и железо (Fe). Синтетические материалы в ос-
новном содержат хлор (Cl) и азот (N) (рис. 2.14).
2.1.7.1. Кислород (О)
Свойства. Кислород без запаха, без вкуса, бесцветный газ тяжелее воздуха. Он
необходим для горения и для дыхания, но сам не горит. В чистом кислороде
сгорают многие вещества, даже металлы, быстро и очень интенсивно.
Распространенность. Почти 21% воздуха составляет свободный кис-
лород. Большая часть кислорода содержится в каменной массе земной
коры и в воде в химически связанном состоянии. Кислород выделяется рас-
тениями с помощью фотосинтеза из углекислого газа (рис. 2.15).
Применение. Кислород применяется при сварке и резке металлов,
для производства стали и в качестве кислородного разделителя бетона и
заполнителя.
ОКИСЛЕНИЕ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ
Когда вещество соединяется с кислородом, то говорят об окислении,
а возникшее при этом вещество называют оксидом или окислом. При
любом окислении выделяется тепло.
Окисление может происходить с различной скоростью (табл. 2.3).
Если у окисла отнимается кислород, то говорят о восстановлении (раскислении). Для раскисления необходимо тепло. Получение многих металлов из их руд происходит путем восстановления.
2.1.7.2. Водород (Н)
Свойства. Водород – бесцветный газ без запаха. Он является самым легким из всех
веществ: 1 литр весит 0,09 г. Смесь водорода и кислорода в соотношении 2:1 очень
взрывоопасна (гремучий газ).
Распространенность. Водород в чистом виде в природе не встречается, однако
в химически связанном виде он присутствует во многих жидких полезных ископа-
емых и в воде. Необходимый для промышленности водород получается из нефти
или природного газа.
Применение. Водород находит применение в химической промышленности и
в сварочной технике.
2.1.7.3. Углерод (С)
Распространенность. Углерод в природе в чистом виде встречается в виде
графита и алмаза. В химически связанном виде он присутствует в каменных
частях земной коры, например в виде известняка (СаСО3), и в растительных
остатках, например в каменном угле, в нефти и природном газе. Наряду с этим
он является компонентом биомассы растений и животных. В виде углекислого газа он присутствует в воздухе и находится в растворенном виде в воде (рис. 2.16).
Свойства. Графит – это мягкое, черное, блестящее красящее вещество.
Алмаз бесцветный, стекловидный, очень твердый и хрупкий.
Применение. Технически полученный углерод служит коксом для получения железа, сажей для наполнителя при производстве резины, в качестве
углеродных волокон для упрочнения пластмасс и в качестве алмазов для
обкладки сверл по камню. Алмаз в порошковой форме применяется в качестве шлифовального средства, например для дисковых пил, или в качестве полировального средства.
СОЕДИНЕНИЯ УГЛЕРОДА
Различают неорганические и органические соединения углерода. К неорганическим относятся угарный газ (СО), углекислый газ (СО2), углекислота и ее соли, а также карбиды.
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ УГЛЕРОДА
Угарный газ (СО) получается при сжигании углеродосодержащих материалов при недостаточном снабжении кислородом. Это бесцветный газ без запаха. Он очень ядовит и горит синим пламенем. Он используется в промышленности для производства многих материалов, например пластмасс и
растворителей.
Углекислый газ (СО2) получается при сжигании углеродосодержащих материалов. Это негорючий, бесцветный газ без запаха. Он не ядовит. Так как он почти в 1,5 раза тяжелее воздуха, он собирается в низких местах, например в подвалах и шахтах. Там существует опасность задохнуться!
• Выделяющийся в больших количествах при сжигании ископаемых горючих
материалов, например нефти и газа, углекислый газ ведет к нагреванию атмосферы (к созданию так называемого парникового эффекта в атмосфере Земли).
• Двуокись углерода в воздухе является причиной «кислотных дождей».
• Угарный газ вызывает отравление людей. Находясь в атмосфере углекислого газа, человек может задохнуться.
2.1.8. Кислоты
Кислоты получаются, когда оксиды неметаллов растворяются в воде, например угольная кислота (Н2СО3) или серная кислота (H2SO4).Соединения неметаллов (галогены) хлора и фтора с водородом при растворении в воде образуют соляную кислоту (НСl) или фтористую кислоту (НF). Их называют бескислородными кислотами
(рис. 2.19).
ОБРАЗОВАНИЕ ИОНОВ
Молекулы кислот могут в водных растворах полностью или частично расщепляться на водородные ионы
(Н+) и кислотные остатки, например на ионы (SO4 2–) или (СО32–). Поэтому кислоты проводят электрический ток (электролиты). Ионы водорода называют катионами, а ионы кислотного остатка – анионами.
Примеры:
Серная кислота Н2SO4 Н+ Н+ SO4 2–
Соляная кислота НСl Н+ Сl–
Азотная кислота НNO3 Н+ NО3–
Свойства кислот определяются отщепленными ионами водорода. Поэтому
кислоты действуют только в водных растворах. Сила действия кислоты зависит от
того, сколько ионов водорода отделилось.
Сильные кислоты: соляная кислота (НСl), азотная кислота (НNO3), серная
кислота (H2SO4).
Среднесильные кислоты: фосфорная кислота (Н3PO4), фтористая кислота (НF).
Слабые кислоты: угольная кислота (H2CO3), синильная кислота (НСN).
ВАЖНЕЙШИЕ КИСЛОТЫ
Соляная кислота (НСl) разлагает известняк (СаСО3) с выделением углекислого
газа (СО2). Разбавленная соляная кислота применяется для очистки (раскисления)
кирпичной кладки и для удаления известковых отложений.
Серная кислота (Н2SO4) как составляющая часть «кислотных дождей» образует
вместе с нерастворимым в воде известняком (СаО3) водорастворимый сульфат
кальция (СаSO4), который, как гипс, либо вымывается водой, либо приводит к
повреждениям строительных конструкций за счет кристаллизации «сульфатации»
и связанным с ней увеличением объема и отслоением материала. Серная кислота
сильно притягивает воду (она гигроскопична). Поэтому при разбавлении водой
необходимо кислоту вливать в воду!
Угольная кислота (H2CO3) образуется в основном соединением дымовых газов,
содержащих СО2, с влагой воздуха или с дождевой водой. Вода, содержащая угольную кислоту, разлагает содержащие известь вяжущие вещества. Угольная кислота
при этом соединяется с известковой составляющей и образует водорастворимую
соль – гидрокарбонат кальция (Са(НСО3)2).
Азотная кислота (НNO3) состоит из аммиака (NH3), который получается при
разложении органических материалов, например в канализационных коллекторах
или в хлевах сельскохозяйственных животных. Вместе с содержащими известь стро-
ительными материалами образуется растворимый в воде нитрат кальция (СаNO3),
который известен как «стенная селитра» и может привести к повреждениям стро-
ительных конструкций. Азотная кислота является сильным окислителем. При
контакте с органическими материалами, например с древесиной или текстилем,
эти материалы могут загореться.
СВОЙСТВА:
• Кислоты окрашивают лакмусовую бумагу в красный цвет.
• Кислоты раздражают кожу и разрушают одежду.
• Кислоты реагируют с большинством металлов и со многими органическими
веществами.
• Кислоты имеют кислый вкус.
• Кислоты могут привести к разрушениям строительных конструкций.
Сильными щелочами являются натриевая щелочь (NaOH), калиевая
щелочь (КОН) и кальциевая щелочь (Са(ОН)2).
Слабой щелочью является водный раствор газа – аммиака, который называется нашатырем (NH4OH).
Гашеная известь (Са(ОН)2) – это щелочь. Она применяется для приготовления строительных растворов.
Известковое молоко – это разбавленная водой гашеная известь.
ВЕЛИЧИНА РН
На практике часто требуется установить, насколько сильным является раствор как кислота или основание.
Мерой этому служит величина рН. Она может меняться от 0 до 14 (рис. 2.21).
Водный раствор с величиной рН = 7 является нейтральным. Такую величину рН
имеет дистиллированная вода. Растворы с величиной рН от 0 до 7 являются кислыми: чем меньше величина рН, тем кислее раствор. Растворы с величиной рН от 7 до 14 являются основными: чем больше величина рН, тем более основным или щелочным является раствор. Величину рН раствора определяют с помощью индикаторной (лакмусовой) бумажки или с помощью индикаторных растворов, а также с помощью электроприборов.
Серная кислота имеет величину рН = 1, углекислота имеет рН = 4. Величина рН гашеной извести составляет 12, натриевой щелочи – 13.
СВОЙСТВА:
• Щелочи окрашивают лакмусовую бумажку в синий цвет.
• Щелочи раздражают кожу и разрушают одежду.
• Щелочи растворяют жиры, некоторые щелочи растворяют растительные и
животные ткани.
• Щелочи взаимодействуют с некоторыми металлами, например с алюминием.
• Щелочи – мыльные на ощупь.
• Щелочи защищают сталь от коррозии.
Кислоты и щелочи опасны, они могут храниться только в четко обозначенных
этикетками сосудах, ни в коем случае не в сосудах из-под напитков. При работе с
кислотами и щелочами нужны защитные очки.
2.1.10. Соли
Соли состоят из металла и кислотного остатка. В соли, например в сульфате меди
(CuSO4), ион металла – меди Cu2+ связан с кислотным остатком серной кислоты -SO4-2
Соли разделяются в водном растворе, так же как и кислоты и щелочи, частично
или полностью на ионы и поэтому проводят электрический ток.
реакции кислоты с металлом или окислом металла.
Химическое название солей указывает на участвовавшую в их образовании
кислоту и металл (табл. 2.4).
Сильная кислота вытесняет слабую кислоту из ее соли и образует новую соль.
Если полученные соли растворимы в воде, они могут быть причиной строительных
повреждений!
Примеры:
СаСО3 + 2НСl CaCl2 + H2CО3
Хлорид кальция (водорастворимый)
СаСО3 + 2НNO3 Са(NO3)2 + Н2СО3
Нитрат кальция (водорастворимый)
Растворимость солей в воде различна. Например, силикаты как основная
часть каменных материалов нерастворимы или трудно растворимы в воде,
а вредные для строительства нитраты легко растворяются в воде (табл. 2.5).
Растворенные в воде соли при испарении воды образуют кристаллы,
например сульфат кальция (гипс) и нитрат кальция (стенная селитра). Они
притягивают воду (в кристаллическом состоянии). При этом происходит увеличение объема материала.
СОЛИ, ВАЖНЫЕ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
Карбонат кальция (СаСО3) нерастворим в воде и является основной
составной частью многих природных камней, например известняка и, соответственно, мрамора. Он получается при твердении известкового раствора
(см. разд. 3.4.1.1).
Сульфат кальция (СаSO4), или гипс, а также сульфат магния (MgSO4) являются вяжущими веществами. Если они входят в соприкосновение с кислотами, то возникающие при этом новые соли из-за их высокой растворимости в воде и образования кристаллов воды могут привести к строительным повреждениям (вымывание и откалывание
материала).
Силикат кальция (СаSiO3) нерастворим в воде и получается при
твердении гидравлических известей и цементов. Силикат калия (К2SiO3),
силикат магния (MgSiO3), силикат кальция (СаSiO3) и силикат алюминия
(Al2(SiO3)2) являются компонентами многих каменных материалов. Си-
ликат натрия (Na2SiO3) применяется для производства средств пожаротушения.
Нитрат кальция (Ca(NO3)2), называемый также стеновой селитрой,
образуется в навозных траншеях и в хлевах для скота. Он может полностью
разрушить строительные конструкции.
Кислоты, щелочи и соли начинают действовать только в водных растворах. Тщательная гидроизоляция строительных сооружений в любом виде препятствует проникновению и
транспортировке этих веществ и защищает строительное сооружение от повреждений!
2.1.11. Вода
Вода в природе находится в постоянном круговороте. Она испаряется на поверх-
ности земли из рек и морей. Из тумана (водяного пара) образуются облака, которые
при охлаждении становятся дождем (рис. 2.23).
Встречающаяся в природе вода химически не является чистой. Морская вода
содержит большее количество различных солей, например поваренной соли (NaCl),
сульфата магния (MgSO4) и сульфата натрия (Na2SO4). Содержание солей, например,
в Северном море составляет 36 г/литр. Вода с солями кальция называется жесткой.
Вода из источников, рек и озер содержит в основном соли кальция и магния.
Содержание гидрокарбоната кальция (Са(НСО3)2) и сульфата кальция (СаSO4),
называемое также известковой жесткостью и гипсовой жесткостью, является опре-
деляющим для степени жесткости воды. При испарении жесткой воды гидрокар-
бонат кальция оседает в виде накипи. Жесткую воду можно сделать мягкой путем
добавки специальных веществ.
Дождевая вода, которая вначале состоит из дистиллированной воды, по пути
через воздух соприкасается с частичками пыли и копоти, а также с двуокисью
углерода (углекислый газ СО2) и с двуокисью серы (SO2) и становится слабокислой
(«кислотные дожди»).
Грунтовая вода – это вода, которая попадает в землю при просачивании осад-
ков в глубоко лежащие слои скальных и нескальных грунтов и заполняет пустоты
в земной коре. На пути через слои земли вода очищается от взвесей. Однако она
может растворять и принимать другие находящиеся в земле вещества. Она может
скапливаться над водонепроницаемыми слоями. Верхняя граница скопления
грунтовой воды называется уровнем грунтовых вод. Если грунтовая вода выходит
на поверхность, то она образует источник.
СОСТОЯНИЯ ВОДЫ
Вода – это вещество, которое в природе может быть твердым в виде льда,
жидким в виде воды и газообразным в виде пара. Лед тает при 0 °С (точка плавле-
ния). Необходимое для плавления (таяния) 1 кг льда количество тепла составляет
335 кДж (теплота плавления). Вода кипит при нормальном давлении воздуха при
100 °С (точка кипения). Для испарения 1 кг воды требуется количество тепла в
2250 кДж.
Водяной пар конденсируется при охлаждении ниже 100 °С (точка конденса-
ции) в воду (конденсационная вода или конденсат). Она замерзает при 0 °С (точка
замерзания) и превращается в лед (рис. 2.24). Вода при +4 °С имеет наибольшую
плотность.
Когда она охлаждается до 0 °С и превращается в лед, она расширяется. 10 объ-
емных частей воды соответствуют 11 объемным частям льда. Это встречающееся
только у воды свойство называют аномалией воды (см. разд. 2.2.10.5).
Вода в строительной технике находит широкое применение, например:
• в качестве воды затворения для приготовления свежего бетона и раствора;
• в качестве текучего и транспортирующего средства, например при укладке
свежего бетона, а также при твердении бетона;
• при уходе за бетоном после укладки для поливки и орошения бетонной по-
верхности;
• в качестве растворяющего и диспергирующего средства при изготовлении и
укладке красочных слоев и битумных эмульсионных покрытий, а также
• в качестве моющего и поливочного средства для очистки поверхностей стро-
ительных конструкций, для очистки инструментов и машин.
Вода может приводить также к повреждениям строительных конструкций,
например:
• в виде дождевой воды (осадков) за счет поглощения вредных веществ из воз-
духа и их переноса на поверхности строительных конструкций,
• в виде грунтовой воды и, соответственно, влажности грунта за счет раство-
рения и по большей части капиллярнго переноса вредных субстанций к
строительным конструкциям;
• в виде водяного пара, который в большинстве случаев попадает в конструкции
за счет диффузии, увлажняет конструкцию и тем самым приводит к снижению
ее теплозащитных качеств, а также
• в виде льда, который за счет увеличения объема при замерзании воды создает
разрывающее материал давление, которое приводит к откалыванию материа-
ла на поверхности строительных конструкций или к вспучиванию покрытий
или грунта на дорогах.
2.1.12. Загрязнение и защита окружающей среды
Под загрязнением окружающей среды понимают загрязнение воздуха, воды и земли
вредными веществами. Шум также загрязняет окружающую среду. Загрязнение
окружающей среды не только вредит людям и природе, но также может привести к
повреждениям строительных сооружений. Поэтому все занятые на стройплощадке
должны учитывать основные положения по охране окружающей среды.
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОЗДУХА
При сгорании, например, угля, нефти или горючего для двигателей образуются
вредные вещества, такие как двуокись углерода (СО2), двуокись серы (SO2), оксиды
азота (NOх), которые являются причинами «кислотных дождей» (рис. 2.27).
При испарении углеводороды, находящиеся в составе жидкого топлива и раз-
бавителей, тетрахлоруглерод, находящийся в составе растворителей и чистящих средств, а также фторуглеводороды (FCKW)
из газообразного топлива и холодильных установок попадают в воздух.
Отдельные вредные вещества в различных пропорциях являются причиной все увеличивающегося потепления земной поверхности вследствие обратного теплового излучения («парниковый эффект») (рис. 2.25). Тогда как «парниковый эффект» может привести к тяжелым по своим последствиям изменениям климата на Земле, разрушающие клетки живой ткани ультрафиолетовые лучи типа В
при слишком тонком озоновом слое земной атмосферы могут беспрепятственно достигать
земной поверхности, что может привести к опасным для здоровья человека последствиям (рис. 2.26).
Отдельные вредные вещества образуют вместе с влажностью воздуха сернистую
кислоту (Н2SO3) или серную кислоту (Н2SO4), углекислоту (Н2СО3) и азотную кислоту
(НNО3), которые проливаются на землю в виде «кислотных дождей» и отрицательно
влияют на рост растений («вымирание лесов»). Они также вызывают значительные повреждения строительных сооружений (рис. 2.27).
Мероприятия против загрязнения воздуха:
• экономия энергии путем ограничения потребления топлива и улучшения теплоизоляции зданий;
• очистка выхлопных и отработанных
газов путем устройства фильтров и катализаторов;
• использование возобновляемых источников энергии путем работы гидро-
электростанций, ветровых генераторов и солнечных установок.
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДЫ
Попадающая и используемая на стройплощадке вода, как правило, отводится
в канализацию или непосредственно в землю или в водоемы. Однако эта грязная
вода не должна содержать вредные вещества. Вредными считаются вещества,
которые: • ведут к засорению водоотводных каналов и коллекторов, как, например,
строительный мусор, раствор или вяжущие вещества;
• являются пожароопасными, взрывоопасными или ядовитыми, как, например,
бензин, растворители, кислоты, щелочи и средства защиты древесины.
Особенно тяжелое загрязнение окружающей среды происходит за счет слива
старых масел, мазута, остатков средств защиты древесины и конструкций в землю
или в водоемы. Они ведут к отравлению грунтовой воды и к разрушению жизни в
естественных водоемах! Эти называемые спецотходами вещества необходимо сда-
вать специально для этих целей организованным лицензированным организациям,
находящимся под строгим государственным надзором!
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРОМЫШЛЕННЫМИ ОТХОДАМИ
Отходы производства необходимо собирать отдельно как ценные материалы,
промышленные отходы, схожие с бытовыми, и как специальные отходы.
• Ценные материалы, например дерево, металлы, незагрязненный строитель-
ный мусор, отделочный асфальт и пластмассы, могут после переработки быть
снова использованы.
• Промышленные отходы, требующие контроля, собираются и сжигаются на
специальных установках по сжиганию мусора под строгим контролем. При
этом получают энергию. Негорючие вещества должны складироваться на
специальных гидроизолированных свалках-депониях.
• Промышленные отходы, требующие специального контроля, – это, напри-
мер, загрязненный материал от сноса старых построек, асбестосодержащие
отходы, остатки средств защиты сооружений, средств защиты древесины и
опалубочные масла. Перед утилизацией этих отходов необходимо выполнить
требования, установленные законом.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как различаются смеси, химические соединения и элементы? Приведите
примеры.
2. Приведите примеры строительных материалов, которые являются элемен-
тами, химическими соединениями и смесями.
3. Приведите примеры химического строения строительных материалов.
4. Поясните на примерах свойства и действие кислот и щелочей.
5. Соли могут привести к строительным повреждениям. Объясните происхо-
дящие при этом процессы.
6. Как могут лица, занятые на стройплощадке, препятствовать загрязнению
окружающей среды?
7. Поясните значение воды в строительной технике.
2.2. Физические основы
При физических процессах изменяется форма тела, его положение или состояние.
При работах на строительной площадке происходят такие изменения тел, которые могут быть измерены. Измерить можно, например, изменение длины, массы, времени и температуры. Форма может быть изменена, например, при изгибе арматурного стержня для железобетонной
конструкции, который можно выполнить с помощью устройства для изгиба стальных стержней (рис. 2.28). Изменение положения происходит, например, при постройке стен, когда крупноформатные камни укладываются слоями с помощью грузоподъемного устройства (см. рис. 2.28). Об изменении состояния вещества говорят, например, когда при увлажнении бетона после укладки вода,
разбрызгиваемая по его поверхности, снова испаряется (см. рис. 2.28).
2.2.1. Физические величины
Чтобы указать физическую величину, надо знать ее единицу измерения и
числовое значение.
• Физические величины – это произведение числового значения величины на ее единицу измерения.
Физическая величина = числовое значение • единица измерения.
Числовое значение показывает, во сколько раз физическая величина больше ее единицы.
Пример. Длина l = 5 • 1 м = 5 м. Это значит, что длина стержня в 5 раз больше, чем единица длины 1 м.
Очень большие или очень малые числовые значения становятся более понятными и лучше читаемыми за счет краткого или полного обозначения приставок перед названием единицы (табл. 2.6).
Единицы физических величин, которые соответствуют основным единицам международной системы единиц СИ (Systeme Internationale d’Unites), представлены в табл. 2.7. Производные
единицы можно вывести из основных в соответствии с физическими формулами, связывающими эти величины (табл. 2.8).
Пример. Производная величина – скорость – образована из основных величин – длины и времени:
Скорость = длина/время.
Производная единица измерения скорости образована из основных еди-
ниц – метра и секунды:
Единица измерения скорости = = метр/секунда.
2.2.2. Объем, масса,
плотность, пористость
ОБЪЕМ (ПРОСТРАНСТВО)
Каждое тело занимает определенный объем. Единица измерения объема – кубический метр (м3), что
соответствует кубу с длиной грани 1 м (рис. 2.29).
Дольные единицы измерения объема – это кубический дециметр (дм3), кубический сантиметр (см3)
и кубический миллиметр (мм3). Для жидкостей в качестве единицы измерения объема часто применяется литр (л).
1 м3 = 1000 дм3, 1 дм3 = 1000 см3,
1 см3 = 1000 мм3, 1 дм3 = 1 л.
МАССА
Каждое тело имеет массу (количество мате-
риала). Единица измерения массы тела – килограмм (кг). Это соответствует массе 1 дм3 (=1 л ) воды
при 4 °С (рис. 2.30). Кратная единица измерения массы – тонна (т). Дольными единицами измерения
массы являются грамм (г) и миллиграмм (мг).
1 т = 1000 кг, 1 кг = 1000 г, 1 г = 1000 мг.
ПЛОТНОСТЬ
Различные вещества одной и той же массы в большинстве случаев занимают разный объем. Раз-
личные вещества с одинаковыми объемами имеют в большинстве случаев различную массу (рис. 2.31).
Плотность ρ (читается «ро») какого-либо тела –это отношение его массы к его объему.
Плотность = масса/объем:
ρ = m/V;
масса = объем • плотность:
m = V • ρ;
объем = масса/плотность:
V = m/ρ,
где m – масса в г, кг, т;
V – объем в см3, дм3, м3;
ρ – плотность в г/см3, кг/дм3, т/м3.
Плотности строительных материалов указываются как средние величины (табл. 2.9). У строительных
материалов часто различают абсолютную плотность, объемную массу и насыпную плотность (рис. 2.32).
Об абсолютной плотности говорят в случае материалов, которые не имеют пор и воздушных
прослоек.
Под объемной плотностью понимают плотность твердых материалов, имеющих поры и воздушные
прослойки.
Насыпная плотность или плотность насыпи – это плотность свободно насыпанного твердого материала, включая поры в материалах и пространство между частицами.
ПОРИСТОСТЬ
Многие строительные материалы содержат поры и поэтому называются пористыми. В зависимости от плотности в теле может быть много, мало или вообще не быть пор. Поры могут быть большими или маленькими, закрытыми или открытыми. Открытые поры связаны друг с другом тонкими трубочками (капиллярами).
Поры возникают:
• при образовании природных камней, например пемзы.
Поры образуются:
• при нагревании, например, глины. Образующийся при этом водяной пар образует поры, например во вспученной глине;
• при обжиге в искусственных камнях, когда подмешанные к смеси глины и суглинка материалы сгорают, образуя поры, как, например, у легкого кирпича;
• при химических реакциях газообразующих материалов, которые добавляются к известковым смесям с добавками, например при производстве пористого бетона, или газобетона.
Свойства пористого тела:
• пористые строительные элементы более легкие, но не такие прочные, как непористые;
• чем больше пор имеет строительный элемент и чем они меньше, тем меньше теплопровод-
ность этого элемента. Такие строительные элементы имеют хорошую теплоизолирую-
щую способность;
• если поры в строительном элементе содержат влагу вместо воздуха, то теплопроводность
элемента увеличивается, снижается его теплоизолирующая способность.
В строительных материалах различают:
• пористость насыпи – пространство между гранулами строительного материала;
• собственную пористость зерен – пустоты в гранулах материала;
• пористость насыпи и собственную пористость зерен – пустоты в гранулах материала и пустоты между гранулами (рис. 2.33).
2.2.3. Когезия, агрегатные состояния, адгезия
КОГЕЗИЯ
Под когезией понимают силу, с которой молекулы внутри тела притягиваются друг к другу. Это называется силой сцепления внутри материала. Если, например, разрушать долотом каменную плиту, то это тело будет сопротивляться разрушению, проявлять когезию.
АГРЕГАТНЫЕ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА
Из-за различной по величине когезии возможны три состояния вещества:
• твердое: молекулы остаются на месте, так как действует большая когезия;
• жидкое: молекулы могут менять свое место, так как когезия мала;
• газообразное: молекулы отталкиваются друг от друга, так как когезия отсутствует. Обусловленное этим стремление газов увеличиваться в объеме называется расширением (рис. 2.34).
Виды состояния вещества называют также агрегатными состояниями. Они могут переходить друг
в друга при подводе тепла или при отъеме тепла (см. рис. 2.77).
СТРОИТЕЛЬНАЯ ОТРАСЛЬ
1.1. Строительное дело
Потребности человека в защите от погодных воздействий и опасностей делают не-
обходимым строительство зданий и сооружений. Рост населения и его растущие
запросы способствуют дальнейшему росту строительной деятельности для создания
зданий и сооружений для жилья, работы, отдыха и транспорта (рис. 1.1).
Рабочие и служащие в строительной отрасли организованы в профсоюзы, рабо-
тодатели объединяются в союзы работодателей. Профсоюзы и союзы работодателей
регулируют условия труда на стройплощадках. В переговорах о тарифах устанавли-
вается заработная плата и другие условия.
Строительное дело подразделяется на основные строительные работы и сопут-
ствующие строительные работы (рис. 1.2).
1.2. Строительные профессии
Различные строительные навыки, которые должны быть использованы при воз-
ведении зданий и сооружений, требуют наличия большого числа строительных
профессий, как, например, профессий, занятых при возведении несущего каркаса и
ограждающих конструкций здания, отделочных работах, подземном строительстве.
К профессиям проектировщиков, кроме инженеров и архитекторов, относятся
также различные виды чертежников, в том числе специалистов в области компью-
терной графики.
Строительные чертежники выполняют по заданиям архитекторов и инженеров
необходимые для возведения зданий и сооружений чертежи, фотоснимки зданий
для их перестройки. Кроме того, они выполняют обмеры и составляют планы
существующих зданий, планы прокладки существующей канализации и других
коммуникаций.
1.2.1. Профессии, занятые при возведении несущего каркаса
и ограждающих конструкций здания
Каменщики и бетонщики возводят фундаменты, стены, колонны, перекрытия,
лестницы и дымовые трубы. Они ведут кладку из искусственных камней и из
природного камня, опалубочные работы и бетонируют части зданий из бетона,
железобетона и предварительно напряженного железобетона, выполняют работы
по изготовлению деталей из бетона, монтажу сборных элементов и возведению
полносборных зданий (рис. 1.3). Кроме того, они возводят обжиговые печи, рассчи-
танные на высокие температуры. При возведении несущего каркаса зданий и ограждающих конструкций могут производиться также устройство теплоизоляции, штукатурные работы, предварительные электротехнические работы, такие, как прокладка
в конструкциях пустых труб для скрытой электропроводки, монтаж предварительно изготовленных
окон, дверных петель и рольставен, укладка стяжек, плитки, отделочных плит и мозаики. Возможны также работы по укладке полов.
Монтажники лесов возводят деревянные, стальные леса и подмостки из алюминия, в
церковных колокольнях, опорах мостов, градирнях,
и сдают их строительным фирмам (рис. 1.4).
Операторы строительных машин управляют и обслуживают строительные машины, занятые на
стройплощадке. Это, например, землеройные машины, машины для изготовления и укладки бетона, а также транспортные машины (рис. 1.5).
Плотники изготавливают в основном деревянные конструкции для стен, перекрытий, лестниц и
крыш. Изготовление лесов и опалубки для бетона, укладка цементно-волокнистых плит, сухие отделочные работы (установка плит сухой штукатурки), а также устройство вентилируемых фасадов относятся также к задачам, выполняемым плотниками.
Жестянщики и кровельщики также относятся к профессиям по возведению «коробки» несущего
остова и ограждающих конструкций зданий.
«Коробка» здания считается законченной, если возведены стены, перекрытия и крыша.
1.2.2. Профессии подземного
строительства
Строители-дорожники строят дороги, площадки и взлетно-посадочные полосы для самолетов. Кроме того, они производят планировку территорий, устраивают откосы, кюветы, канавы и плотины, а также дренаж, трубопроводы водоотведения и шахты (рис. 1.6).
Рельсоукладчики и прокладчики труб также относятся к профессиям подземного строительства.
К работам подземного строительства относятся строительство дорог, а также прокладка трубопроводов.
1.2.3. Профессии отделочников
Штукатуры оштукатуривают неотделанные стены и перекрытия, изготавливают перегородки из сухой штукатурки, ведут работы по затирке и устройству стяжек (рис. 1.7).
Монтажники гипсокартонных плит возводят перегородки «сухим способом», т.е. из гипсокартона на каркасе, ведут отделку стен и перекрытий, укладывают теплоизоляционные слои, сухие стяжки, а также пожарозащитную облицовку конструкций.
Укладчики стяжек устраивают на неотделанном перекрытии стяжки из раствора или укладывают их насухо из плитных материалов, включая устройство тепло- и звукоизоляции, занимаются устройством полов из терраццо и брекчии.
Плиточники, укладчики мозаики и отделочных
плит отделывают стены и полы керамической плиткой, отделочными плитами и мозаикой. Это происходит в основном в мокрых помещениях, таких, как кухни, ванные комнаты, и в помещениях с высокими гигиеническими требованиями, таких, как помещения для хранения и обработки пищевых продуктов или бассейны для плавания (рис. 1.8).
Кроме того, при отделке зданий работают установщики труб и приборов отопления, установщики труб и приборов водоснабжения и канализации (в России они
называются сантехниками. – Примеч. ред.), газовщики, электрики, строительные
слесари, специалисты по каменному литью и терраццо, стекольщики, маляры и лакировщики, а также оформители помещений.
Все работы от возведения «коробки» здания до сдачи здания «под ключ» называются отделкой.
1.3. Взаимодействие строительных профессий
При возведении здания или сооружения необходимо взаимодействие строительных
профессий. В календарных планах производства работ заранее устанавливается
продолжительность каждой работы и последовательность отдельных работ. Они
показываются, как правило, на линейной диаграмме (рис. 1.9). При этом плановая
продолжительность работ обозначается цветными линиями. Для контроля можно
нанести на план действительную продолжительность работ.
Из календарного плана также видно, когда, например, каменщики могут под-
ключаться к работе после прокладки труб для отопления, газоснабжения, водо-
снабжения и канализации для заделки отверстий в стенах. Также можно увидеть,
когда, например, может начаться монтаж батарей отопления, раковин и ванн.
1.4. Образование в области строительства
Профессиональное образование в области строительства производится по ступенча-
той схеме в области основных строительных работ в специальных образовательных
учреждениях, в профессиональных училищах и в межфирменных учебных комбина-
тах строительной отрасли (рис. 1.10). Обучение продолжается, как правило, три года.
В первый год ведется базовое обучение. На втором году обучения подключается профессиональное обучение в области надземного или подземного строительства.
После второго года обучение учащегося в качестве рабочего в области надземного
или подземного строительства или рабочего-отделочника может быть закончено.
Третий год обучения служит для специализации, например в профессии каменщика
или бетонщика. После окончания трехлетнего обучения учащийся может сдать эк-
замен на звание подмастерья или рабочего по профессии. Подмастерье в основных
строительных профессиях называется рабочим по профессии.
Дальнейшее образование на мастера или техника возможно только в профес-
сиональном училище. Обучение в профессиональной высшей школе или в техни-
ческом университете позволяет получить профессию дипломированного инженера
по определенной специальности.
ГЛАВА 2
СТРОИТЕЛЬНАЯ ОТРАСЛЬ
В строительстве большое количество разных строительных материалов с помощью
определенных технологий превращается в здание или сооружение. Это требует
знаний о свойствах строительных материалов и о процессах, происходящих при их
переработке. Основой для этого являются такие естественные науки, как физика,
химия, а также электротехника.
При возведении здания или сооружения необходимо учитывать большое число
химических и физических процессов.
2.1. Химические основы
Химия занимается построением, составом, изготовлением и свойствами
материалов, а также их превращениями и происходящими при этом процессами.
2.1.1. Тело и вещество
Каждое тело, будучи твердым, жидким или газообразным, занимает пространство.
Там, где находится одно тело, не может находиться одновременно второе тело.
Каждое тело состоит из одного определенного вещества, называемого также
материей. Понятия «тело» и «вещество» пересекаются и поэтому применяются
часто в одном и том же значении (рис. 2.1).
Каждое тело занимает определенное пространство и состоит из определенно-
го вещества. Каждое вещество занимает пространство и образует, таким образом,
тело. Тела и вещества могут различаться по своим свойствам.
Свойства тел в основном включают:
• форму агрегатного состояния;
• объем;
• энергетическое состояние.
Свойства веществ в основном включают:
• способность к реакциям с другими веществами;
• запах и вкус;
• устойчивость против коррозии.
Физика занимается состоянием тел и изменением их агрегатных состояний при
физических процессах. Состав веществ при этом не изменяется.
Химия занимается веществами, их составом и свойствами, а также изменениями
веществ при химических процессах.
2.1.2. Химические и физические процессы
2.1.2.1. Химический процесс
При химических процессах из одного или нескольких исходных материалов полу-
чаются новые вещества с полностью другими свойствами, отличными от свойств
При химических процессах возникает новое вещество.
2.1.2.2. Физический процесс
При физических процессах не возникает новое вещество. Изменяется
агрегатное состояние, положение или величина вещества или тела (рис. 2.3).
При физическом процессе изменяется состояние вещества, вещество остается прежним.
2.1.3. Виды веществ
По составу веществ различаются смеси или смеси материалов, химические
соединения и элементы или основные вещества.
СМЕСИ
Состоят из многих различных отдельных веществ. Смеси, например
известковый раствор, с помощью физико-механических методов можно разложить на отдельные вещества – песок, воду и известь (рис. 2.4). Физико- механические методы разделения – это, например, дистилляция, выпаривание, фильтрование и отстаивание.
ХИМИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Состоят по меньшей мере из двух различных основных веществ или элементов.
Химические соединения не могут быть разложены на отдельные элементы с по-
мощью физико-механических процессов. Только с помощью химических методов
можно разложить их на отдельные элементы, как, например, гидрат окиси кальция
на кальций, кислород и водород (см. рис. 2.4).
ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Называются также основными веществами. Это вещества, которые не мо-
гут быть разложены на составляющие ни с помощью физико-механических,
ни с помощью химических методов, как, например, кремний и кислород
(см. рис. 2.4).
2.1.4. Химические элементы
Вещества, которые не могут больше быть разложены на отдельные элементы, на-
зывают химическими элементами или основными веществами.
Существует 90 природных элементов, из которых состоят все вещества на Земле. 19 элементов получены искусственным путем. Из природных элементов 66 – металлы, 17 – неметаллы и 6 – полуметаллы.
Металлы блестят и являются хорошими проводниками электрического тока и тепла.
Неметаллы в основном газообразные, преимущественно диэлектрики и плохие проводники тепла, как, например, сера. Полуметаллы могут иметь как металлические, так и неметаллические
свойства, как, например, кремний и селен.
Элементы обозначаются в основном краткими обозначениями, которые являются производными от их греческого или латинского названия (табл. 2.1).
Химические элементы состоят из атомов. Атомы определенных элементов
одинаковы. Поэтому различные свойства элементов объясняются различным
строением их атомов.
2.1.4.1. Периодическая система элементов
Если исследовать свойства элементов в последовательности их порядковых номеров,
то можно заметить, что почти одинаковые свойства периодически повторяются
через 8 элементов. При этом получается 7 строчек или периодов. Период 3, напри-
мер, объединяет элементы от натрия до аргона (рис. 2.5).
Если расположить 7 периодов так, что элементы с одинаковыми свойствами
будут стоять одни под другими, то получится 8 вертикальных колонок или главных
групп от I до VIII (табл. 2.2).
Расположение элементов по их свойствам в 7 горизонтальных периодов и
8 вертикальных колонок или главных групп называется периодической системой хи-
мических элементов (созданной русским ученым Д.И. Менделеевым. – Примеч. ред.).
Было установлено, что элементы главных групп содержат на внешней электрон-
ной орбите каждый раз от 1 до 8 электронов. Элементы главной группы 1 имеют
всегда 1 внешний электрон. Они все – металлы, за исключением водорода, и сильно
реагируют с неметаллами, как, например, кислород или хлор. Элементы главной
группы VIII имеют на внешней орбите по 8 электронов. Они при комнатной темпе-
ратуре газообразные и не вступают в реакцию с другими элементами (инертные газы).
Металлы находятся в левой части периодической системы, неметаллы – в правой.
Между ними расположены полуметаллы. Периодическая система четко показывает,
что свойства элементов зависят от количества электронов на их внешних орбитах.
Атомы элементов в подгруппах имеют 1 или 2 внешних электрона и различа-
ются по количеству электронов на их внутренних орбитах. Свойства элементов в
подгруппах имеют большое сходство, все они металлы (см. табл. 2.2).
2.1.5. Химические соединения
Различные атомы или элементы могут образовывать между собой соединения.
Возникшее при этом новое вещество называют химическим соединением.
Это новое вещество имеет совсем другие свойства, чем свойства элементов,
из которых он состоит. Например, один атом кислорода (О) с двумя атомами
водорода (Н) образуют одну молекулу воды (Н2О). Химическое соединение
вода имеет другие свойства, чем элементы кислород и водород (рис. 2.6).
Одна молекула – это мельчайшая частица химического соединения.
Молекулы одного химического соединения одинаковы.
У многих элементов определенное количество атомов объединено в молекулы. Их называют элементарными молекулами, например кислород с двумя, а сера с шестью атомами. Только у инертных газов, например у гелия, имеются отдельные атомы (рис. 2.7). В металлических элементах атомы образуют кристаллоподобные соединения частиц (рис. 2.8). Количество атомов одного элемента в молекуле показывается в виде нижнего индекса около краткого обозначения элемента, причем индекс 1 отсутствует.
Примеры:
СН4 1 молекула метана состоит из 1 атома углерода и 4 атомов кислорода;
NaCl 1 молекула хлорида натрия (поваренная соль) состоит из 1 молекулы натрия
и 1 молекулы хлора.
2.1.5.1. Химические уравнения
При химических процессах массы ве ществ перед химическим процессом равны
массам веществ после процесса. Химические процессы, называемые также химиче-
скими реакциями, можно представить в виде химических уравнений, или уравнений
реакций. В химических уравнениях знак равенства заменяется стрелкой.
В левой части уравнения приведены исходные вещества, в правой – вещества,
полученные после реакции (конечные вещества). Количество атомов в левой
части уравнения должно соответствовать количеству атомов в правой части.
Если расчет показывает, что необходимо выравнивание, это производится
соответствующей цифрой перед кратким обозначением (рис. 2.9).
2.1.5.2. Синтез, анализ
Под термином синтез понимают создание химического соединения. Получение
синтетических материалов, например пластиков, является основной задачей хи-
мической промышленности. Разложение химических соединений на их элементы
называют анализом. Синтез и анализ – это химические процессы. Они могут быть представлены
химическими уравнениями (рис. 2.10).
2.1.6. Смеси
Некоторые вещества можно произвольно смешивать. При этом они не будут вступать в химические реакции. Полученная смесь не является новым веществом. Поэтому ее можно разделить на исходные вещества с помощью физических процессов, например с помощью дистилляции, выпаривания, фильтрования, магнитного разделения или осаждения. Смесями являются, например, растворы, дисперсии и сплавы.
2.1.6.1. Растворы
Многочисленные твердые, жидкие и газообразные материалы могут так тонко распределяться в жидкостях, что в них будут существовать только отдельные молекулы. Тогда говорят, что вещество находится в растворенном состоянии, или в растворе. Жидкость называют растворителем (рис. 2.11). Определенное количество растворителя при определенной темпе-
ратуре может растворить только определенное количество вещества. Если это количество достигнуто, то раствор насыщается. Раствор, приближающийся по концентрации к насыщенному, называется концентрированным, а раствор, далекий от состояния
насыщения, называется разбавленным. Процесс растворения может быть ускорен при размельчении растворяемого вещества, а также при помешивании или нагревании. Растворенные твердые вещества могут выделяться из растворов с помощью испарения растворителя, например при обмазке холодной битумной мастикой.
2.1.6.2. Дисперсия
При дисперсии очень маленькие частички вещества распределяются очень тонко в жидкости, не
растворяясь в ней. Такую жидкость называют дисперсионной средой. Если тонко распределенное
вещество является твердым, то дисперсию называют суспензией, например бетонит (рис. 2.12). Если это жидкость, то говорят об эмульсии, например битумная эмульсия (рис. 2.13). В дисперсиях тонко распределенные в жидкости частички со временем осаждаются, и наступает частичное расслоение. Поэтому перед употреблением их надо встряхивать или перемешивать. Примерами могут служить дисперсионные клеи и дисперсионные краски, а также сверлильные эмульсии из нефти и воды для обработки металлов.
2.1.6.3. Сплавы
Многие металлы в расплавленном состоянии растворяются друг в друге. Затвердевший раствор называют сплавом. Свойства сплава очень часто значительно отличаются от свойств исходных металлов, например по их прочности, твердости и температуре плавления. С помощью легирования можно создавать материалы с определенными свойствами. Так, например, сталь с добавками хрома и никеля становится устойчивой против коррозии.
2.1.7. Важнейшие основные вещества и их соединения
Большинство строительных материалов – это смеси из различных
химических соединений, которые, в свою очередь, состоят из элементов.
Наряду с элементами углеродом (С), водородом (Н) и кислородом (О)
строительные материалы и вяжущие содержат калий (Ка), кальций (Са),
кремний (Si), алюминий (Al) и железо (Fe). Синтетические материалы в ос-
новном содержат хлор (Cl) и азот (N) (рис. 2.14).
2.1.7.1. Кислород (О)
Свойства. Кислород без запаха, без вкуса, бесцветный газ тяжелее воздуха. Он
необходим для горения и для дыхания, но сам не горит. В чистом кислороде
сгорают многие вещества, даже металлы, быстро и очень интенсивно.
Распространенность. Почти 21% воздуха составляет свободный кис-
лород. Большая часть кислорода содержится в каменной массе земной
коры и в воде в химически связанном состоянии. Кислород выделяется рас-
тениями с помощью фотосинтеза из углекислого газа (рис. 2.15).
Применение. Кислород применяется при сварке и резке металлов,
для производства стали и в качестве кислородного разделителя бетона и
заполнителя.
ОКИСЛЕНИЕ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ
Когда вещество соединяется с кислородом, то говорят об окислении,
а возникшее при этом вещество называют оксидом или окислом. При
любом окислении выделяется тепло.
Окисление может происходить с различной скоростью (табл. 2.3).
Если у окисла отнимается кислород, то говорят о восстановлении (раскислении). Для раскисления необходимо тепло. Получение многих металлов из их руд происходит путем восстановления.
2.1.7.2. Водород (Н)
Свойства. Водород – бесцветный газ без запаха. Он является самым легким из всех
веществ: 1 литр весит 0,09 г. Смесь водорода и кислорода в соотношении 2:1 очень
взрывоопасна (гремучий газ).
Распространенность. Водород в чистом виде в природе не встречается, однако
в химически связанном виде он присутствует во многих жидких полезных ископа-
емых и в воде. Необходимый для промышленности водород получается из нефти
или природного газа.
Применение. Водород находит применение в химической промышленности и
в сварочной технике.
2.1.7.3. Углерод (С)
Распространенность. Углерод в природе в чистом виде встречается в виде
графита и алмаза. В химически связанном виде он присутствует в каменных
частях земной коры, например в виде известняка (СаСО3), и в растительных
остатках, например в каменном угле, в нефти и природном газе. Наряду с этим
он является компонентом биомассы растений и животных. В виде углекислого газа он присутствует в воздухе и находится в растворенном виде в воде (рис. 2.16).
Свойства. Графит – это мягкое, черное, блестящее красящее вещество.
Алмаз бесцветный, стекловидный, очень твердый и хрупкий.
Применение. Технически полученный углерод служит коксом для получения железа, сажей для наполнителя при производстве резины, в качестве
углеродных волокон для упрочнения пластмасс и в качестве алмазов для
обкладки сверл по камню. Алмаз в порошковой форме применяется в качестве шлифовального средства, например для дисковых пил, или в качестве полировального средства.
СОЕДИНЕНИЯ УГЛЕРОДА
Различают неорганические и органические соединения углерода. К неорганическим относятся угарный газ (СО), углекислый газ (СО2), углекислота и ее соли, а также карбиды.
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ УГЛЕРОДА
Угарный газ (СО) получается при сжигании углеродосодержащих материалов при недостаточном снабжении кислородом. Это бесцветный газ без запаха. Он очень ядовит и горит синим пламенем. Он используется в промышленности для производства многих материалов, например пластмасс и
растворителей.
Углекислый газ (СО2) получается при сжигании углеродосодержащих материалов. Это негорючий, бесцветный газ без запаха. Он не ядовит. Так как он почти в 1,5 раза тяжелее воздуха, он собирается в низких местах, например в подвалах и шахтах. Там существует опасность задохнуться!
• Выделяющийся в больших количествах при сжигании ископаемых горючих
материалов, например нефти и газа, углекислый газ ведет к нагреванию атмосферы (к созданию так называемого парникового эффекта в атмосфере Земли).
• Двуокись углерода в воздухе является причиной «кислотных дождей».
• Угарный газ вызывает отравление людей. Находясь в атмосфере углекислого газа, человек может задохнуться.
2.1.8. Кислоты
Кислоты получаются, когда оксиды неметаллов растворяются в воде, например угольная кислота (Н2СО3) или серная кислота (H2SO4).Соединения неметаллов (галогены) хлора и фтора с водородом при растворении в воде образуют соляную кислоту (НСl) или фтористую кислоту (НF). Их называют бескислородными кислотами
(рис. 2.19).
ОБРАЗОВАНИЕ ИОНОВ
Молекулы кислот могут в водных растворах полностью или частично расщепляться на водородные ионы
(Н+) и кислотные остатки, например на ионы (SO4 2–) или (СО32–). Поэтому кислоты проводят электрический ток (электролиты). Ионы водорода называют катионами, а ионы кислотного остатка – анионами.
Примеры:
Серная кислота Н2SO4 Н+ Н+ SO4 2–
Соляная кислота НСl Н+ Сl–
Азотная кислота НNO3 Н+ NО3–
Свойства кислот определяются отщепленными ионами водорода. Поэтому
кислоты действуют только в водных растворах. Сила действия кислоты зависит от
того, сколько ионов водорода отделилось.
Сильные кислоты: соляная кислота (НСl), азотная кислота (НNO3), серная
кислота (H2SO4).
Среднесильные кислоты: фосфорная кислота (Н3PO4), фтористая кислота (НF).
Слабые кислоты: угольная кислота (H2CO3), синильная кислота (НСN).
ВАЖНЕЙШИЕ КИСЛОТЫ
Соляная кислота (НСl) разлагает известняк (СаСО3) с выделением углекислого
газа (СО2). Разбавленная соляная кислота применяется для очистки (раскисления)
кирпичной кладки и для удаления известковых отложений.
Серная кислота (Н2SO4) как составляющая часть «кислотных дождей» образует
вместе с нерастворимым в воде известняком (СаО3) водорастворимый сульфат
кальция (СаSO4), который, как гипс, либо вымывается водой, либо приводит к
повреждениям строительных конструкций за счет кристаллизации «сульфатации»
и связанным с ней увеличением объема и отслоением материала. Серная кислота
сильно притягивает воду (она гигроскопична). Поэтому при разбавлении водой
необходимо кислоту вливать в воду!
Угольная кислота (H2CO3) образуется в основном соединением дымовых газов,
содержащих СО2, с влагой воздуха или с дождевой водой. Вода, содержащая угольную кислоту, разлагает содержащие известь вяжущие вещества. Угольная кислота
при этом соединяется с известковой составляющей и образует водорастворимую
соль – гидрокарбонат кальция (Са(НСО3)2).
Азотная кислота (НNO3) состоит из аммиака (NH3), который получается при
разложении органических материалов, например в канализационных коллекторах
или в хлевах сельскохозяйственных животных. Вместе с содержащими известь стро-
ительными материалами образуется растворимый в воде нитрат кальция (СаNO3),
который известен как «стенная селитра» и может привести к повреждениям стро-
ительных конструкций. Азотная кислота является сильным окислителем. При
контакте с органическими материалами, например с древесиной или текстилем,
эти материалы могут загореться.
СВОЙСТВА:
• Кислоты окрашивают лакмусовую бумагу в красный цвет.
• Кислоты раздражают кожу и разрушают одежду.
• Кислоты реагируют с большинством металлов и со многими органическими
веществами.
• Кислоты имеют кислый вкус.
• Кислоты могут привести к разрушениям строительных конструкций.
Сильными щелочами являются натриевая щелочь (NaOH), калиевая
щелочь (КОН) и кальциевая щелочь (Са(ОН)2).
Слабой щелочью является водный раствор газа – аммиака, который называется нашатырем (NH4OH).
Гашеная известь (Са(ОН)2) – это щелочь. Она применяется для приготовления строительных растворов.
Известковое молоко – это разбавленная водой гашеная известь.
ВЕЛИЧИНА РН
На практике часто требуется установить, насколько сильным является раствор как кислота или основание.
Мерой этому служит величина рН. Она может меняться от 0 до 14 (рис. 2.21).
Водный раствор с величиной рН = 7 является нейтральным. Такую величину рН
имеет дистиллированная вода. Растворы с величиной рН от 0 до 7 являются кислыми: чем меньше величина рН, тем кислее раствор. Растворы с величиной рН от 7 до 14 являются основными: чем больше величина рН, тем более основным или щелочным является раствор. Величину рН раствора определяют с помощью индикаторной (лакмусовой) бумажки или с помощью индикаторных растворов, а также с помощью электроприборов.
Серная кислота имеет величину рН = 1, углекислота имеет рН = 4. Величина рН гашеной извести составляет 12, натриевой щелочи – 13.
СВОЙСТВА:
• Щелочи окрашивают лакмусовую бумажку в синий цвет.
• Щелочи раздражают кожу и разрушают одежду.
• Щелочи растворяют жиры, некоторые щелочи растворяют растительные и
животные ткани.
• Щелочи взаимодействуют с некоторыми металлами, например с алюминием.
• Щелочи – мыльные на ощупь.
• Щелочи защищают сталь от коррозии.
Кислоты и щелочи опасны, они могут храниться только в четко обозначенных
этикетками сосудах, ни в коем случае не в сосудах из-под напитков. При работе с
кислотами и щелочами нужны защитные очки.
2.1.10. Соли
Соли состоят из металла и кислотного остатка. В соли, например в сульфате меди
(CuSO4), ион металла – меди Cu2+ связан с кислотным остатком серной кислоты -SO4-2
Соли разделяются в водном растворе, так же как и кислоты и щелочи, частично
или полностью на ионы и поэтому проводят электрический ток.
реакции кислоты с металлом или окислом металла.
Химическое название солей указывает на участвовавшую в их образовании
кислоту и металл (табл. 2.4).
Сильная кислота вытесняет слабую кислоту из ее соли и образует новую соль.
Если полученные соли растворимы в воде, они могут быть причиной строительных
повреждений!
Примеры:
СаСО3 + 2НСl CaCl2 + H2CО3
Хлорид кальция (водорастворимый)
СаСО3 + 2НNO3 Са(NO3)2 + Н2СО3
Нитрат кальция (водорастворимый)
Растворимость солей в воде различна. Например, силикаты как основная
часть каменных материалов нерастворимы или трудно растворимы в воде,
а вредные для строительства нитраты легко растворяются в воде (табл. 2.5).
Растворенные в воде соли при испарении воды образуют кристаллы,
например сульфат кальция (гипс) и нитрат кальция (стенная селитра). Они
притягивают воду (в кристаллическом состоянии). При этом происходит увеличение объема материала.
СОЛИ, ВАЖНЫЕ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
Карбонат кальция (СаСО3) нерастворим в воде и является основной
составной частью многих природных камней, например известняка и, соответственно, мрамора. Он получается при твердении известкового раствора
(см. разд. 3.4.1.1).
Сульфат кальция (СаSO4), или гипс, а также сульфат магния (MgSO4) являются вяжущими веществами. Если они входят в соприкосновение с кислотами, то возникающие при этом новые соли из-за их высокой растворимости в воде и образования кристаллов воды могут привести к строительным повреждениям (вымывание и откалывание
материала).
Силикат кальция (СаSiO3) нерастворим в воде и получается при
твердении гидравлических известей и цементов. Силикат калия (К2SiO3),
силикат магния (MgSiO3), силикат кальция (СаSiO3) и силикат алюминия
(Al2(SiO3)2) являются компонентами многих каменных материалов. Си-
ликат натрия (Na2SiO3) применяется для производства средств пожаротушения.
Нитрат кальция (Ca(NO3)2), называемый также стеновой селитрой,
образуется в навозных траншеях и в хлевах для скота. Он может полностью
разрушить строительные конструкции.
Кислоты, щелочи и соли начинают действовать только в водных растворах. Тщательная гидроизоляция строительных сооружений в любом виде препятствует проникновению и
транспортировке этих веществ и защищает строительное сооружение от повреждений!
2.1.11. Вода
Вода в природе находится в постоянном круговороте. Она испаряется на поверх-
ности земли из рек и морей. Из тумана (водяного пара) образуются облака, которые
при охлаждении становятся дождем (рис. 2.23).
Встречающаяся в природе вода химически не является чистой. Морская вода
содержит большее количество различных солей, например поваренной соли (NaCl),
сульфата магния (MgSO4) и сульфата натрия (Na2SO4). Содержание солей, например,
в Северном море составляет 36 г/литр. Вода с солями кальция называется жесткой.
Вода из источников, рек и озер содержит в основном соли кальция и магния.
Содержание гидрокарбоната кальция (Са(НСО3)2) и сульфата кальция (СаSO4),
называемое также известковой жесткостью и гипсовой жесткостью, является опре-
деляющим для степени жесткости воды. При испарении жесткой воды гидрокар-
бонат кальция оседает в виде накипи. Жесткую воду можно сделать мягкой путем
добавки специальных веществ.
Дождевая вода, которая вначале состоит из дистиллированной воды, по пути
через воздух соприкасается с частичками пыли и копоти, а также с двуокисью
углерода (углекислый газ СО2) и с двуокисью серы (SO2) и становится слабокислой
(«кислотные дожди»).
Грунтовая вода – это вода, которая попадает в землю при просачивании осад-
ков в глубоко лежащие слои скальных и нескальных грунтов и заполняет пустоты
в земной коре. На пути через слои земли вода очищается от взвесей. Однако она
может растворять и принимать другие находящиеся в земле вещества. Она может
скапливаться над водонепроницаемыми слоями. Верхняя граница скопления
грунтовой воды называется уровнем грунтовых вод. Если грунтовая вода выходит
на поверхность, то она образует источник.
СОСТОЯНИЯ ВОДЫ
Вода – это вещество, которое в природе может быть твердым в виде льда,
жидким в виде воды и газообразным в виде пара. Лед тает при 0 °С (точка плавле-
ния). Необходимое для плавления (таяния) 1 кг льда количество тепла составляет
335 кДж (теплота плавления). Вода кипит при нормальном давлении воздуха при
100 °С (точка кипения). Для испарения 1 кг воды требуется количество тепла в
2250 кДж.
Водяной пар конденсируется при охлаждении ниже 100 °С (точка конденса-
ции) в воду (конденсационная вода или конденсат). Она замерзает при 0 °С (точка
замерзания) и превращается в лед (рис. 2.24). Вода при +4 °С имеет наибольшую
плотность.
Когда она охлаждается до 0 °С и превращается в лед, она расширяется. 10 объ-
емных частей воды соответствуют 11 объемным частям льда. Это встречающееся
только у воды свойство называют аномалией воды (см. разд. 2.2.10.5).
Вода в строительной технике находит широкое применение, например:
• в качестве воды затворения для приготовления свежего бетона и раствора;
• в качестве текучего и транспортирующего средства, например при укладке
свежего бетона, а также при твердении бетона;
• при уходе за бетоном после укладки для поливки и орошения бетонной по-
верхности;
• в качестве растворяющего и диспергирующего средства при изготовлении и
укладке красочных слоев и битумных эмульсионных покрытий, а также
• в качестве моющего и поливочного средства для очистки поверхностей стро-
ительных конструкций, для очистки инструментов и машин.
Вода может приводить также к повреждениям строительных конструкций,
например:
• в виде дождевой воды (осадков) за счет поглощения вредных веществ из воз-
духа и их переноса на поверхности строительных конструкций,
• в виде грунтовой воды и, соответственно, влажности грунта за счет раство-
рения и по большей части капиллярнго переноса вредных субстанций к
строительным конструкциям;
• в виде водяного пара, который в большинстве случаев попадает в конструкции
за счет диффузии, увлажняет конструкцию и тем самым приводит к снижению
ее теплозащитных качеств, а также
• в виде льда, который за счет увеличения объема при замерзании воды создает
разрывающее материал давление, которое приводит к откалыванию материа-
ла на поверхности строительных конструкций или к вспучиванию покрытий
или грунта на дорогах.
2.1.12. Загрязнение и защита окружающей среды
Под загрязнением окружающей среды понимают загрязнение воздуха, воды и земли
вредными веществами. Шум также загрязняет окружающую среду. Загрязнение
окружающей среды не только вредит людям и природе, но также может привести к
повреждениям строительных сооружений. Поэтому все занятые на стройплощадке
должны учитывать основные положения по охране окружающей среды.
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОЗДУХА
При сгорании, например, угля, нефти или горючего для двигателей образуются
вредные вещества, такие как двуокись углерода (СО2), двуокись серы (SO2), оксиды
азота (NOх), которые являются причинами «кислотных дождей» (рис. 2.27).
При испарении углеводороды, находящиеся в составе жидкого топлива и раз-
бавителей, тетрахлоруглерод, находящийся в составе растворителей и чистящих средств, а также фторуглеводороды (FCKW)
из газообразного топлива и холодильных установок попадают в воздух.
Отдельные вредные вещества в различных пропорциях являются причиной все увеличивающегося потепления земной поверхности вследствие обратного теплового излучения («парниковый эффект») (рис. 2.25). Тогда как «парниковый эффект» может привести к тяжелым по своим последствиям изменениям климата на Земле, разрушающие клетки живой ткани ультрафиолетовые лучи типа В
при слишком тонком озоновом слое земной атмосферы могут беспрепятственно достигать
земной поверхности, что может привести к опасным для здоровья человека последствиям (рис. 2.26).
Отдельные вредные вещества образуют вместе с влажностью воздуха сернистую
кислоту (Н2SO3) или серную кислоту (Н2SO4), углекислоту (Н2СО3) и азотную кислоту
(НNО3), которые проливаются на землю в виде «кислотных дождей» и отрицательно
влияют на рост растений («вымирание лесов»). Они также вызывают значительные повреждения строительных сооружений (рис. 2.27).
Мероприятия против загрязнения воздуха:
• экономия энергии путем ограничения потребления топлива и улучшения теплоизоляции зданий;
• очистка выхлопных и отработанных
газов путем устройства фильтров и катализаторов;
• использование возобновляемых источников энергии путем работы гидро-
электростанций, ветровых генераторов и солнечных установок.
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДЫ
Попадающая и используемая на стройплощадке вода, как правило, отводится
в канализацию или непосредственно в землю или в водоемы. Однако эта грязная
вода не должна содержать вредные вещества. Вредными считаются вещества,
которые: • ведут к засорению водоотводных каналов и коллекторов, как, например,
строительный мусор, раствор или вяжущие вещества;
• являются пожароопасными, взрывоопасными или ядовитыми, как, например,
бензин, растворители, кислоты, щелочи и средства защиты древесины.
Особенно тяжелое загрязнение окружающей среды происходит за счет слива
старых масел, мазута, остатков средств защиты древесины и конструкций в землю
или в водоемы. Они ведут к отравлению грунтовой воды и к разрушению жизни в
естественных водоемах! Эти называемые спецотходами вещества необходимо сда-
вать специально для этих целей организованным лицензированным организациям,
находящимся под строгим государственным надзором!
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРОМЫШЛЕННЫМИ ОТХОДАМИ
Отходы производства необходимо собирать отдельно как ценные материалы,
промышленные отходы, схожие с бытовыми, и как специальные отходы.
• Ценные материалы, например дерево, металлы, незагрязненный строитель-
ный мусор, отделочный асфальт и пластмассы, могут после переработки быть
снова использованы.
• Промышленные отходы, требующие контроля, собираются и сжигаются на
специальных установках по сжиганию мусора под строгим контролем. При
этом получают энергию. Негорючие вещества должны складироваться на
специальных гидроизолированных свалках-депониях.
• Промышленные отходы, требующие специального контроля, – это, напри-
мер, загрязненный материал от сноса старых построек, асбестосодержащие
отходы, остатки средств защиты сооружений, средств защиты древесины и
опалубочные масла. Перед утилизацией этих отходов необходимо выполнить
требования, установленные законом.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как различаются смеси, химические соединения и элементы? Приведите
примеры.
2. Приведите примеры строительных материалов, которые являются элемен-
тами, химическими соединениями и смесями.
3. Приведите примеры химического строения строительных материалов.
4. Поясните на примерах свойства и действие кислот и щелочей.
5. Соли могут привести к строительным повреждениям. Объясните происхо-
дящие при этом процессы.
6. Как могут лица, занятые на стройплощадке, препятствовать загрязнению
окружающей среды?
7. Поясните значение воды в строительной технике.
2.2. Физические основы
При физических процессах изменяется форма тела, его положение или состояние.
При работах на строительной площадке происходят такие изменения тел, которые могут быть измерены. Измерить можно, например, изменение длины, массы, времени и температуры. Форма может быть изменена, например, при изгибе арматурного стержня для железобетонной
конструкции, который можно выполнить с помощью устройства для изгиба стальных стержней (рис. 2.28). Изменение положения происходит, например, при постройке стен, когда крупноформатные камни укладываются слоями с помощью грузоподъемного устройства (см. рис. 2.28). Об изменении состояния вещества говорят, например, когда при увлажнении бетона после укладки вода,
разбрызгиваемая по его поверхности, снова испаряется (см. рис. 2.28).
2.2.1. Физические величины
Чтобы указать физическую величину, надо знать ее единицу измерения и
числовое значение.
• Физические величины – это произведение числового значения величины на ее единицу измерения.
Физическая величина = числовое значение • единица измерения.
Числовое значение показывает, во сколько раз физическая величина больше ее единицы.
Пример. Длина l = 5 • 1 м = 5 м. Это значит, что длина стержня в 5 раз больше, чем единица длины 1 м.
Очень большие или очень малые числовые значения становятся более понятными и лучше читаемыми за счет краткого или полного обозначения приставок перед названием единицы (табл. 2.6).
Единицы физических величин, которые соответствуют основным единицам международной системы единиц СИ (Systeme Internationale d’Unites), представлены в табл. 2.7. Производные
единицы можно вывести из основных в соответствии с физическими формулами, связывающими эти величины (табл. 2.8).
Пример. Производная величина – скорость – образована из основных величин – длины и времени:
Скорость = длина/время.
Производная единица измерения скорости образована из основных еди-
ниц – метра и секунды:
Единица измерения скорости = = метр/секунда.
2.2.2. Объем, масса,
плотность, пористость
ОБЪЕМ (ПРОСТРАНСТВО)
Каждое тело занимает определенный объем. Единица измерения объема – кубический метр (м3), что
соответствует кубу с длиной грани 1 м (рис. 2.29).
Дольные единицы измерения объема – это кубический дециметр (дм3), кубический сантиметр (см3)
и кубический миллиметр (мм3). Для жидкостей в качестве единицы измерения объема часто применяется литр (л).
1 м3 = 1000 дм3, 1 дм3 = 1000 см3,
1 см3 = 1000 мм3, 1 дм3 = 1 л.
МАССА
Каждое тело имеет массу (количество мате-
риала). Единица измерения массы тела – килограмм (кг). Это соответствует массе 1 дм3 (=1 л ) воды
при 4 °С (рис. 2.30). Кратная единица измерения массы – тонна (т). Дольными единицами измерения
массы являются грамм (г) и миллиграмм (мг).
1 т = 1000 кг, 1 кг = 1000 г, 1 г = 1000 мг.
ПЛОТНОСТЬ
Различные вещества одной и той же массы в большинстве случаев занимают разный объем. Раз-
личные вещества с одинаковыми объемами имеют в большинстве случаев различную массу (рис. 2.31).
Плотность ρ (читается «ро») какого-либо тела –это отношение его массы к его объему.
Плотность = масса/объем:
ρ = m/V;
масса = объем • плотность:
m = V • ρ;
объем = масса/плотность:
V = m/ρ,
где m – масса в г, кг, т;
V – объем в см3, дм3, м3;
ρ – плотность в г/см3, кг/дм3, т/м3.
Плотности строительных материалов указываются как средние величины (табл. 2.9). У строительных
материалов часто различают абсолютную плотность, объемную массу и насыпную плотность (рис. 2.32).
Об абсолютной плотности говорят в случае материалов, которые не имеют пор и воздушных
прослоек.
Под объемной плотностью понимают плотность твердых материалов, имеющих поры и воздушные
прослойки.
Насыпная плотность или плотность насыпи – это плотность свободно насыпанного твердого материала, включая поры в материалах и пространство между частицами.
ПОРИСТОСТЬ
Многие строительные материалы содержат поры и поэтому называются пористыми. В зависимости от плотности в теле может быть много, мало или вообще не быть пор. Поры могут быть большими или маленькими, закрытыми или открытыми. Открытые поры связаны друг с другом тонкими трубочками (капиллярами).
Поры возникают:
• при образовании природных камней, например пемзы.
Поры образуются:
• при нагревании, например, глины. Образующийся при этом водяной пар образует поры, например во вспученной глине;
• при обжиге в искусственных камнях, когда подмешанные к смеси глины и суглинка материалы сгорают, образуя поры, как, например, у легкого кирпича;
• при химических реакциях газообразующих материалов, которые добавляются к известковым смесям с добавками, например при производстве пористого бетона, или газобетона.
Свойства пористого тела:
• пористые строительные элементы более легкие, но не такие прочные, как непористые;
• чем больше пор имеет строительный элемент и чем они меньше, тем меньше теплопровод-
ность этого элемента. Такие строительные элементы имеют хорошую теплоизолирую-
щую способность;
• если поры в строительном элементе содержат влагу вместо воздуха, то теплопроводность
элемента увеличивается, снижается его теплоизолирующая способность.
В строительных материалах различают:
• пористость насыпи – пространство между гранулами строительного материала;
• собственную пористость зерен – пустоты в гранулах материала;
• пористость насыпи и собственную пористость зерен – пустоты в гранулах материала и пустоты между гранулами (рис. 2.33).
2.2.3. Когезия, агрегатные состояния, адгезия
КОГЕЗИЯ
Под когезией понимают силу, с которой молекулы внутри тела притягиваются друг к другу. Это называется силой сцепления внутри материала. Если, например, разрушать долотом каменную плиту, то это тело будет сопротивляться разрушению, проявлять когезию.
АГРЕГАТНЫЕ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА
Из-за различной по величине когезии возможны три состояния вещества:
• твердое: молекулы остаются на месте, так как действует большая когезия;
• жидкое: молекулы могут менять свое место, так как когезия мала;
• газообразное: молекулы отталкиваются друг от друга, так как когезия отсутствует. Обусловленное этим стремление газов увеличиваться в объеме называется расширением (рис. 2.34).
Виды состояния вещества называют также агрегатными состояниями. Они могут переходить друг
в друга при подводе тепла или при отъеме тепла (см. рис. 2.77).