Будівельні матеріали та їх поведінка при дії високих температур

Размещено на http://www.allbest.ru/

Академія пожежної безпеки ім. Героїв Чорнобиля

Будівельні матеріали та їх поведінка при дії високих температур

Підручник

Черкаси 2010

Розділ 1. БУДІВЕЛЬНІ МАТЕРІАЛИ В СУЧАСНОМУ БУДІВНИЦТВІ, СИСТЕМИ ЇХ КЛАСИФІКАЦІЇ, ПОКАЗНИКИ ПОЖЕЖНОЇ НЕБЕЗПЕКИ ТА ОСНОВНІ ВЛАСТИВОСТІ

1. Зміст і задачі дисципліни

2. Застосування будівельних матеріалів у будівельних конструкціях

3. Класифікація будівельних матеріалів

4. Вогнестійкість будівельних конструкцій

5. Фізичні властивості матеріалів

6. Гідрофізичні властивості матеріалів

7. Теплофізичні властивості матеріалів

8. Акустичні властивості матеріалів

9. Радіаційні властивості матеріалів

10. Хімічні властивості матеріалів

11. Механічні властивості матеріалів

1. Змісті задачі дисципліни

Матеріалознавство - це наука, яка вивчає зв'язок між складом, структурою та властивостями матеріалів а також закономірності їхньої зміни під впливом фізичних, механічних та фізико-хімічних факторів.

Сучасне будівництво вимагає використання нових легких ефективних конструкційних матеріалів. Деякі види таких матеріалів, маючи багато переваг з точки зору якості будівельних конструкцій, мають погіршені характеристики з точки зору пожежної безпеки.

Мета викладання дисципліни "Матеріалознавство та технологія матеріалів" - засвоєння курсантами базових знань щодо технологій виготовлення та галузей застосування будівельних конструкційних матеріалів, параметрів їх механічних і фізико-хімічних властивостей при дії високих температур та отримання практичних навичок щодо визначення типу та токсичності продуктів термічного розкладу і горіння будівельних матеріалів, впливу процесу гасіння пожежі на стан та властивості будівельних матеріалів.

За підсумками вивчення дисципліни курсант повинен знати:

- основи технологій виготовлення, класифікації та застосування будівельних матеріалів (БМ);

- вплив температури на фізико-механічні властивості природних кам'яних матеріалів;

- особливості поведінки металів при дії високих температур;

- особливості поведінки бетонів при високих температурах в залежності від використаних цементів та заповнювачів;

- області застосування неорганічних в'яжучих матеріалів та особливості впливу на них високих температур;

- особливості поведінки силікатних матеріалів при високих температурах;

- застосування керамічних матеріалів в будівництві, їх характеристики та поведінку в умовах високих температур;

- вогнезахист та механізм дії різноманітних методів вогнезахисної обробки будівельнмх матеріалів;

- поведінка деревини при нагріванні, основні методи вогнезахисної обробки деревини;

- умови спалахування, горючості, плавкості, розтікання, димоутворення та виділення токсичних газоподібних продуктів полімерними будівельними матеріалами під час впливу небезпечних факторів пожежі;

- основи методів зниження горючості полімерних будівельних матеріалів.;

Після вивчення дисципліни курсант повинен уміти:

- розпізнавати типи природних та штучних будівельних матеріалів;

- працювати з діючою нормативною документацією щодо будівельних матеріалів;

- проводити оцінку пожежно-технічних характеристик будівельних матеріалів.

Застосування БМ у будівельних конструкціях

Спорудою називається усе, що штучно зведено людиною для задоволення матеріальних і духовних потреб суспільства.

Будівлею називається надземна споруда, яка має внутрішній простір і призначена для того чи іншого виду людської діяльності (житлові будинки, заводські корпуси, вокзали, школи, лікарні та ін.).

Споруди, які не відносяться до будівель, а призначені для виконання лише технічних потреб (мости, димарі, щогли, резервуари, тунелі та ін.) називають інженерними спорудами.

Будівля складається із взаємозв'язаних конструктивних елементів: фундаменту, стін, опор, прогонів, перекриттів, даху, сходів, вікон, дверей та перегородок.

Фундамент - це підземна конструкція, яка сприймає навантаження від наземних частин будівлі і передає його на ґрунт; виконують із буту, бетону, бутобетону, цегли і залізобетону.

Стіни - вертикальні конструкції, які виконують огороджуючі або несучі функції; виконуються з деревини, каміння, цегли, залізобетону, блоків.

Перекриття - це горизонтальні несучі конструкції, що спираються на несучі стіни (плити перекриття) або колони (балки, ригелі, ферми з плитами перекриття); виконуються з залізобетону, деревини, сталі.

Окремі опори - несучі вертикальні елементи (колони, стовпи, стійки), що передають навантаження від перекриттів та інших елементів будівлі на фундаменти; виконуються з залізобетону, дерева, каменю, сталі.

Дах - це частина будівлі, яка захищає приміщення і конструкції будівлі від температурних впливів та атмосферних опадів; складається із несучих елементів та покрівлі; несучі елементи виконуються із дерева, з/б, сталі у вигляді крокв, кроквяних ферм і великорозмірних панелей, покрівлі - з черепиці, оцинкованого металу, азбестоцементних хвилястих листів, руберойду.

сі будівельні матеріали класифікують за:

а) походженням;

б) призначенням;

в) пожежно - технічними показниками.

За походженням будівельні матеріали можна поділити на дві групи:

· природні;

· штучні.

Природні матеріали зустрічаються в природі у готовому вигляді і використовуються в будівництві без особливої обробки (бут ,щебінь, граніт, базальт, пісок, глина та інші).

Штучними називають такі будівельні матеріали, які в природі не зустрічаються, а виготовляються за допомогою спеціальних технологічних процесів (цегла, керамічні вироби, пластмаси ,руберойд та інші).

За призначенням будівельні матеріали поділяють на:

а) матеріали, призначені для зведення стін (цегла, дерево, метали, бетони, залізобетон);

б) в'яжучі матеріали, призначені для зв'язування окремих матеріалів в монолітну конструкцію (цемент, вапно, гіпс, глина);

в) теплоізоляційні матеріали (піно і газобетони, войлок, мінеральна вата, пінопласти та інші);

г) облицювальні матеріали (кам'яні породи, керамічні плитки, різні види пластиків, лінолеум та інші).

д) покрівельні і гідроізоляційні матеріали (покрівельна сталь, азбестоцементні плити, шифер, толь, руберойд, рубіпласт, ізол, бітум та інші).

За пожежно - технічними ознаками будівельні матеріали класифікують за такими показниками пожежної небезпеки: горючістю, займистістю, поширенням полум'я поверхнею, димоутворювальною здатністю та токсичністю продуктів горіння.

За горючістю будівельні матеріали поділяють на негорючі (НГ) і горючі (Г).

Негорючі (неспалимі) - матеріали, які не горять, не тліють і не обвуглюються під впливом відкритого полум'я або високої температури (скло, мармур, залізо, азбестоцемент).

Негорючі (неспалимі) матеріали поділяють на жаростійкі, вогнетривкі, та термостійкі.

Жаростійкість - це здатність матеріалу витримувати тривале нагрівання до заданого інтервалу температур (нижче 1580°С) без зміни експлуатаційних характеристик. До жаростійких відносять різні керамічні і металеві матеріали, ситали, спеціальні бетони.

Термостійкість - це здатність матеріалів витримувати без руйнування циклічні зміни температури. Підвищену термостійкість мають матеріали з низьким коефіцієнтом термічного розширення (плавлений кварц, спеціальне скло), високою теплопровідністю і низьким модулем пружності (метали).

Вогнетривкість - це здатність матеріалів протистояти впливу високих температур не розплавляючись. Вона характеризується температурою, при якій зразок усіченої піраміди розм'якшується так, що його вершина, нахиляючись, торкається основи. Для вогнетривких матеріалів (динас, шамот, корунд і ін.) ця температура не нижче 1580°С.

Негорючі будівельні матеріали за іншими показниками пожежної небезпеки не класифікують.

Горючі (спалимі) - матеріали, що горять самостійно після видалення джерела займання, якими вони були підпалені (дерево).

Горючі будівельні матеріали поділяють на 4 групи:

Г 1 - низької горючості;

Г 2 - помірної горючості;

Г 3 - середньої горючості;

Г 4 - підвищеної горючості.

Горючість будівельних матеріалів з відношенням їх до відповідної групи визначають за результатами випробувань відповідно до ДСТУ БВ.2.7-19.

Горючі будівельні матеріали за займистістю поділяють на 3 групи:

В 1 - важкозаймисті.

В 2 - помірнозаймисті.

В 3 - легкозаймисті.

Визначаються за результатами випробувань відповідно до ДСТУ БВ.1.1-2.

Горючі будівельні матеріали за поширенням полум'я поверхнею поділяють на 4 групи:

РП 1 - не поширюють;

РП 2 - локально поширюють;

РП 3 - помірно поширюють;

РП 4 - значно поширюють.

Визначають для поверхневих шарів конструкцій, покрівель, підлог, килимових покриттів і встановлюють за результатами випробувань згідно ДСТУ Б.В.2.7-70.

Горючі будівельні матеріали за димоутворюючою здатністю поділяють на 3 групи:

D 1 - з малою димоутворюючою здатністю.

D 2 - з помірною димоутворюючою здатністю.

D 3 - з високою димоутворюючою здатністю.

Групи встановлюють залежно від коефіцієнта димоютворювання, який визначаються відповідно до ГОСТ 12.1.044.

Горючі будівельні матеріали за токсичністю продуктів горіння поділяють на 4 групи:

Т 1 - малонебезпечні;

Т 2 - помірнонебезпечні;

Т 3 - високонебезпечні;

Т 4 - надзвичайно небезпечні.

Встановлюють залежно від значення показників токсичності продуктів горіння відповідно до ГОСТ 12.1.044.

До полімерних матеріалів звичайно застосовується така характеристика як теплостійкість. Теплостійкість - властивість матеріалу зберігати експлуатаційні характеристики (наприклад, міцність, пластичність, ударну в'язкість) при механічному і хімічному впливі в умовах високої температури.

4. Вогнестійкість будівельних конструкцій

Будівельні конструкції класифікують за вогнестійкістю та здатністю поширювати вогонь.

Вогнестійкість будівельних конструкцій - це здатність їх чинити опір дії високої температури в умовах пожежі і виконувати при цьому свої звичайні експлуатаційні функції.

Вогнестійкість відноситься до числа основних характеристик конструкції і регламентується ДБН В 1. 1-7 - 2002.

Показником вогнестійкості є межа вогнестійкості конструкції, що визначається часом (у хвилинах) від початку вогневого випробування конструкції на вогнестійкість (або теплового впливу) за стандартним температурним режимом до настання одного з граничних станів конструкції. Розрізняють наступні ознаки настання граничного стану конструкції за межею вогнестійкості:

· втрата несучої спроможності (R);

· втрата цілісності (Е);

· втрата теплоізолювальної спроможності (І).

Значення межі вогнестійкості будівельних конструкцій визначають шляхом випробувань за ДСТУ Б В.1.1-4, за стандартами щодо методів випробувань на вогнестійкість будівельних конструкцій конкретних видів або за розрахунковими методами відповідно до стандартів і методик, затверджених або узгоджених з центральним органом ДПН.

Визначення фактичної межі вогнестійкості. БК здійснюють експериментальним шляхом: зразок конструкції в натуральну величину нагрівають у спеціальній печі і одночасно піддають дії нормативного навантаження. При цьому визначають час від початку випробування до появи одного з граничних станів, які характеризують межу вогнестійкості конструкції.

Фізичні властивості матеріалів

Фізичні властивості характеризують фізичний стан матеріалу, а також його здатність реагувати на зовнішні фактори, які не впливають на хімічний склад матеріалу.

До фізичних властивостей відносять:

1) Густина матеріалу або речовини - це маса одиниці його об'єму.

Залежно від того, чи береться до розрахунку об'єм тільки щільної речовини, або весь об'єм матеріалу разом з порами та порожнинами розрізняють істинну та середню густину.

Істинна густина - маса одиниці об'єму речовини без пор і порожнин („абсолютний” об'єм, стала маса).

, [кг/м³ , г/см³, т/м³] . (1.1)

Середня густина - маса одиниці об'єму речовини в природному стані.

, [кг/м³ , г/см³, т/м³] . (1.2)

Насипна густина (для сипучих матеріалів) - густина в насипному стані.

Середня густина має велике практичне значення для виконання різних розрахунків (обсягів транспортування, складування матеріалів, міцності конструкцій). Вона тісно пов'язана з іншими властивостями будівельних матеріалів (пористістю, міцністю, теплопровідністю, водопроникністю), що дає змогу, орієнтуючись на показник, визначати доцільні галузі їхнього використання у будівництві.

2) Пористість - ступінь заповнення матеріалу порами.

. (1.3)

Пористість є важливою характеристикою, оскільки з нею пов'язані такі технічні властивості матеріалу, як міцність, водопоглинання, морозостійкість, теплопровідність тощо. Легкі пористі матеріали мають зазвичай невелику міцність і велике водопоглинання, щільні (Пі=0...0,8 %) - значну міцність і незначне водопоглинання.

Гідрофізичні властивості матеріалів

Поводження матеріалів у конструкціях, які підлягають зволоженню, залежить від їхньої здатності змочуватися водою і поглинати її, змінювати при зволоженні механічні властивості і пропускати воду під тиском і визначається рядом гідрофізичних властивостей:

1) Водопоглинання - властивість матеріалів вбирати та утримувати в собі вологу. Залежить від пористості П_і та характеризується кількістю води, яку може поглинути абсолютно сухий матеріал. Водопоглинання визначається за масою:

, (1.4)

де m_с - маса матеріалу у сухому стані, m_н - маса насиченого водою матеріалу.

Зміна водопоглинання може вказувати на зміну й інших властивостей матеріалів, наприклад міцності, морозостійкості, хімічної стійкості, тому даний показник часто нормується. Так, глиняна цегла повинна мати водопоглинання не менш 6 чи 8 % (у залежності від марки), а силікатна - не більш 16 % (14 % - лицьова). Для звичайних торф'яних плит водопоглинання повинне бути не більш 180 %, а водостійких - 50 % і т.д. Водопоглинання визначається витримуванням зразків у воді при нормальній температурі чи при кип'ятінні протягом визначеного часу. При насиченні матеріалу водою міцність його знижується в результаті розчинення, розклинюючого ефекту адсорбційних водяних шарів, хімічної взаємодії води з окремими компонентами, набрякання глинистих матеріалів і інших процесів.

Здатність матеріалів зберігати міцність при насиченні водою називається водостійкістю. Показником водостійкості служить коефіцієнт розм'якшення

(1.5)

де R_н.в - міцність матеріалу, насиченого водою; R_с - міцність сухого матеріалу.

Коефіцієнт розм'якшення наближається до нуля для глинистих невипалених матеріалів і до одиниці - для металів, скла, полімерів. Для водостійких матеріалів К_р = 0,75…0,8. Підвищення його досягається гідрофобізацією, а також технологічними прийомами, що сприяють зниженню розчинності і пористості матеріалів. Наприклад, коефіцієнт розм'якшення гіпсових виробів можна підвищити майже в 2,5 рази (від 0,3 до 0,7), замінивши будівельний гіпс на змішане гіпсоцементнопуцоланове в'яжуче.

2) Вологість - вміст вільної води в порах і на поверхні матеріалу. Абсолютна вологість визначають як відношення маси вологи, яка знаходиться у матеріалі, до маси сухого матеріалу:

. (1.6)

3) Гігроскопічність - здатність матеріалу вбирати водяну пару з повітря Залежить від виду матеріалу та його пористості. До гігроскопічних матеріалів належать деревина та гіпс

. (1.7)

При зволоженні матеріалів погіршуються його властивості - зменшується міцність, збільшується теплопровідність, насипна густина. Пористі матеріали потрібно оберігати від зволоження.

4) Вологовіддача - здатність матеріалу втрачати воду, яка знаходиться в його порах. Ця здатність характеризується інтенсивністю втрати вологи за добу при відносній вологості навколишнього повітря 60% і температурі 20°С (293 ^°К).

Вологовіддачу важливо враховувати при сушінні стін будинків та догляді за твердіючим бетоном. В першому випадку бажана швидка вологовіддача, у другому - повільна.

5) Змочуваність водою, чи гідрофільність матеріалу характеризується ступенем розтікання краплі води на його поверхні. Кількісно вона визначається крайовим кутом, утвореним дотичною до поверхні краплі з поверхнею твердого тіла, чи його косинусом. Для гідрофільних матеріалів крайовий кут гострий. Добре змочуються водою матеріали з речовин з вираженим полярним зв'язком молекул - природні і штучні кам'яні матеріали, скло й ін. Надати матеріалам водовідштовхувальні властивості можна гідрофобізацією, тобто створенням на їхній поверхні адсорбційного шару поверхнево-активних речовин (ПАР). Таким способом одержують гідрофобний цемент, гідрофобні покриття на ряді матеріалів. Молекули ПАР при гідрофобізації, адсорбуючись на поверхні, орієнтуються таким чином, що їхні полярні групи звернені до поверхні матеріалу, а вуглеводневі ланцюги - у повітря.

Для капілярно-пористих матеріалів характерна здатність зволожуватися за рахунок підйому і переміщення води під дією капілярного тиску (капілярне всмоктування). З нею зв'язаний підйом води в матеріалах, прямо пропорційний косинусу крайового кута змочування, тобто ступеню гідрофільності, і протилежно пропорційний радіусу капілярів. Капілярне всмоктування мінералізованих вод може супроводжуватися відкладенням у порах солей (сольова корозія). Капілярне всмоктування використовується для просочення пористих матеріалів, наприклад, просочення бітумом залізобетонних конструкцій.

6) Морозостійкість - властивість матеріалу в насиченому водою стані витримувати багаторазове заморожування та відтавання без ознак руйнування.

Морозостійкість обумовлена опором матеріалів високому тиску, що виникає в їхніх порах при заморожуванні води. Кристалізація льоду супроводжується збільшенням об'єму приблизно на 8 % і розвитком тиску до 200 МПа. При чергуванні циклів заморожування і відтавання в матеріалах накопичуються залишкові деформації, що приводять до руйнування (рис.1.1). Розходження коефіцієнтів термічного розширення компонентів, що входять у матеріали, також приводить до напруженого стану. Показником морозостійкості є число циклів (для деяких матеріалів - мінусова температура), що витримують зразки при припустимому ступені руйнування. Для більшості будівельних матеріалів після випробувань їх на морозостійкість зниження міцності допускається не більш 25%, а втрати маси - 5%. Морозостійкість залежить від складу, пористості і структури порового простору; вона знижується зі зменшенням водостійкості і ростом водопоглинання матеріалів.

Для зниження тиску льоду ефективне утворення в матеріалі замкнутих повітряних пор, що виконують роль амортизаторів.

Випробування матеріалів на морозостійкість здійснюють у морозильних камерах звичайно при -15...-18 °С, коли в більшості капілярів вода переходить у лід. Подальше зниження температури веде до істотного зменшення морозостійкості, що пояснюється залученням у процес руйнування усе більш тонких капілярів (рис. 1.1). Щодо морозостійкості (F) матеріали поділяють на марки: 15, 25, 35, 50, 100, 200.

Марка морозостійкості цегли 25 означає, що зразки, відібранні з партії цегли, витримують не менше 25 циклів „заморожування - відтаювання” без помітних ушкоджень.

При роботі пористого матеріалу в умовах визначеного тиску води спостерігається її фільтрація. В залежності від структури порового простору можливі в'язкісний, капілярний чи дифузійний переноси води.

При в'язкісному переносі вода переміщається тільки у вигляді рідини, при капілярному вона може переноситися й у вигляді пари, а при дифузійному - у вигляді окремих молекул. Здатність матеріалів не пропускати воду під тиском називають водонепроникністю. Практично водонепроникними вважаються матеріали, відносна густина яких, тобто відношення середеньої густини до абсолютної, наближається до одиниці (метали, скло, полімери). Високу водонепроникність мають матеріали із замкненими порами, а також ті, що мають в основному пори у вигляді мікрокапілярів (кераміка, тонкодисперсні глини й ін.). Порівняно низька водонепроникність характерна для матеріалів зі сполученими капілярами.



Водонепроникність матеріалів виміряється трьома методами: тиском води, що витримує зразок протягом заданого часу без появи ознак фільтрації; часом, необхідним для проходження заданого об'єму води при постійному тиску; кількістю води, яка просочилася протягом заданого часу при встановленому тиску. Найбільш розповсюдженим є перший метод. Він застосовується для оцінки водонепроникності бетону, рулонних гідроізоляційних матеріалів, асфальтових мастик і т.д.

Теплофізичні властивості матеріалів

У цю групу входять властивості матеріалів, що характеризують їхнє відношення до зміни температури.

1) Теплопровідність - здатність матеріалу пропускати тепло крізь свою товщу від однієї стінки до іншої у разі, якщо їх температура різна. Теплопровідність характеризується коефіцієнтом теплопровідності ?, що показує яку кількість тепла у джоулях здатний пропускати матеріал через 1м² поверхні при товщині 1м та різниці температур на поверхнях 1^оК протягом 1с.

(1.8)

де ? - товщина матеріалу, м., Q - загальна кількість тепла, що проходить через стінку, Дж., - час теплопередачі, с., t - різниця температур гарячої та холодної стінок, к, F - площа теплопередачі, м².

Теплопровідність залежить від хімічного складу речовини та її молекулярної будови, але у всіх випадках вища ніж у повітря.

Граніт ? = 3 Вт/м·к

Повітря ? = 0.024 Вт/м·к;

Кварц ? = 5.5 Вт/м·к.

Найбільше на теплопровідність впливає пористість. Чим більша пористість, тим менша теплопровідність. Найкраще це ілюструє пінопласт: П = 95 - 98 % => ? = 0.03 Вт/м·К. Теплопровідність матеріалів залежить також від температури, тому при розрахунках вогнестійкості будівельних конструкцій враховують зміну коефіцієнту теплопровідності при наростанні температури. З теплопровідністю тісно пов'язана така важлива характеристика матеріалів, застосовуваних для зовнішніх огороджувальних конструкцій, як термічний опір R_?, або опір теплопередач, що є величиною оберненою до ?:

, (1.9)

2) Теплоємність - здатність матеріалу вбирати тепло під час нагрівання. Показник - питома теплоємність, яка дорівнює кількості тепла, необхідного для нагрівання одиниці маси матеріалу на 1К.

Питома теплоємність залежить від походження й особливостей структури матеріалів, їхньої вологості і температури. Так, для природних і штучних кам'яних матеріалів с = 0,754…0,921, для скла с = 0,335…1,047, для лісових матеріалів с = 2,394…2,73 кДж/(кг·°С). Теплоємність, як і теплопровідність, не є фізичною константою матеріалу. Вона змінюється в залежності від температури. Поряд з теплопровідністю теплоємність використовується при розрахунках вогнестійкості будівельних конструкцій

3) Теплове розширення - властивість матеріалу розширятися під час нагрівання та скорочуватися під час охолодження.

Ця властивість характеризується коефіцієнтом лінійного розширення, що показує на яку частку початкової довжини розширяється матеріал при підвищенні температури на 1 К.

, (1.10)

де l та l₁ - довжина зразка до і після розширення, t₂, t₁ - кінцева та початкова температури нагрівання.

Коефіцієнт лінійного розширення пластмас у 5 - 10 більший ніж у бетону. Коефіцієнт лінійного розширення потрібно враховувати у конструкціях з різних матеріалів. В разі жорсткого з'єднання елементів з різними коефіцієнтами лінійного розширення у конструкціях можуть виникнути великі напруження, внаслідок чого вони розтріскуються. Так при зміні температури від 20 до 30⁰С, залізобетонна панель довжиною 6м збільшується на 3мм.

Акустичні властивості матеріалі Акустичні властивості - властивості, пов'язані з взаємодією матеріалу і звуку.

Звукопровідність - здатність матеріалу проводити звук через свою товщу. Залежить від маси матеріалу і будови. Низька звукопровідність у матеріалів, які мають пористу і волокнисту структуру.

Звукопоглинання та звуковідбиття матеріалу залежить від характеру його поверхні. Матеріали із гладкою поверхнею відбивають звук який падає на них (ефект дзеркала). Якщо матеріал має відкриту пористість, звук поглинається, а не відбивається.

Радіаційні властивості матеріалів

Радіоактивність будівельних матеріалів обумовлена природними довгоіснуючими радіонуклідами, переважно радієм-226, торієм-232 та калієм-40. Ці радіоактивні елементи присутні практично в усіх гірських породах, які використовуються як мінеральна сировина для виготовлення більшості неорганічних будівельних матеріалів.

Деякі усереднені дані про радіоактивність будівельних матеріалів України наведено у таблиці 1.1.

Активність визначають у Бк/кг (біокюри на кілограм). Основною характеристикою будівельних матеріалів є ефективна сумарна питома активність природних радіонуклідів (ПРН). Її величину (А_еф) визначають як виважену суму питомої активності радію -226 (А_Ra), Торію-232 (А_Th) і Калію-40 (А_K) за формулою:

, (1.11)

де 1,31 і 0,085 відповідно коефіцієнти вагомості.

За величиною сумарної питомої радіоактивності будівельні матеріали поділяють на класи, за якими визначають можливі області їх використання (табл. 1.2).

Таблиця 1.1

Радіоактивність деяких будівельних матеріалів України

Матеріал	Питома активність радіонуклідів, Бк/кг задіонуклідів, Бк/кг
	Радій-226	Торій-232	Калій-40	А еф
Глина	41,0	78,0	574,0	204,0
Пісок	12,0	33,0	165,0	68,0
Щебінь	36,6	79,3	971,0	223,0
Гранітний відсів	43,0	118,2	1171,0	297,3
Вапно	58,0	44,0	139,0	127,0
Гіпс	38,0	8,0	194,0	65,0
Бетон	25,0	36,0	380,0	106,0
Цегла	44,0	51,0	704,0	171,0
Плитка керамічна	89,0	102,0	680,0	280,0
Гравій керамзитовий	37,0	28,0	658,0	130,0

Таблиця 1.2

Класифікація будівельних матеріалів за величиною А_еф

Клас	Аеф, Бк/кг	Галузі використання
І	Не більше 370	Для всіх видів будівництва без обмежень
II	370...740	Для об'єктів дорожнього та промислового будівництва
III	740.. .1350	Для об'єктів промислового призначення, де виключається перебування людей; для об'єктів дорожнього призначення поза населеними пунктами; для об'єктів дорожнього призначення в межах населених пунктів за умовою покриття шаром ґрунту або іншого матеріалу завтовшки не менше 0,5м.

Якщо будівельні матеріали мають > 1350 Бк/кг, тоді питання про можливі сфери використання їх у будівництві вирішується в кожному випадку окремо з дозволу Міністерства охорони здоров'я України.

Вибіркові дослідження показали, що середня ефективна питома радіоактивність будівельних матеріалів України становить 105,1 Бк/кг, що дещо більше, ніж для будівельних матеріалів колишнього СРСР (93,5 Бк/кг). Територія України розташована на кристалічному щиті з наявністю великих родовищ гірських порід, що містять природні радіонукліди (граніту, лабрадориту, габро, мармуру, вапняку тощо), із яких виготовляють різні будівельні матеріали.

До об'єктів рекомендованого радіаційного контролю відносять будівельні вироби і конструкції, оздоблювальні матеріали і вироби.

Підприємства, які видобувають сировину або виготовляють будівельні матеріали, що підлягають обов'язковому радіаційному контролю, повинні на кожну партію поставки своєї продукції видавати паспорт радіаційної якості з визначеним класом за величиною А_еф.

Радіаційна стійкість -- властивість матеріалу протистояти дії радіоактивного випромінювання, яке змінює його структуру і властивості. Споруди атомної енергетики, деякі науково-дослідні, лікувально-профілактичні установи необхідно захищати від радіоактивного випромінювання, в першу чергу від потоку нейтронів та - променів, небезпечних для живих істот. Ступінь захисту залежить від виду випромінювання, природи захисного матеріалу, товщини огороджувальної конструкції.

Для захисту від нейтронного випромінювання застосовують матеріали, що містять велику кількість хімічно зв'язаної води (наприклад, гідратні бетони), а від ?-випромінювання - матеріали з великою середньою густиною (особливо важкі бетони, свинець, барит). Для порівняння радіаційно-захисних властивостей різних матеріалів введено термін „товщина шару подвійного послаблення”, під яким розуміють товщину шару захисного матеріалу, що забезпечує послаблення радіоактивного випромінювання удвічі порівняно з початковим.

Хімічні властивості матеріалів

Хімічні властивості характеризують здатність матеріалу до хімічних перетворень при взаємодії з речовинами, що контактують з ним. До них належать: розчинність, кислотостійкість, лугостійкість, токсичність та інші.

Кислотостійкість - це здатність матеріалу (виробу) чинити опір дії розчинів кислот або їхніх сумішей у межах, встановлених нормативними документами. Вона оцінюється за втратою маси дослідних зразків, витриманих у розчині кислоти певної концентрації.

Час витримування, концентрація кислот та інші параметри випробування регламентуються відповідними нормативними документами. Наприклад, кислотостійкість каналізаційних керамічних труб становить не менше 92% (тобто втрати за масою - до 8%), а шлакоситалів - до 99%.

Лугостійкість -- це здатність матеріалу (виробу) чинити опір дії лугів у межах, встановлених нормативними документами. Методика визначення лугостійкості така сама, як і кислотостійкості. Якщо в складі матеріалу переважають основні оксиди, то він зазвичай є лугостійким, але вступає у взаємодію з кислотами і може руйнуватися. Якщо будівельний матеріал має значний вміст діоксиду силіцію (кремнезему), то він є кислотостійким, але реагує з основними оксидами.

Токсичність - це здатність матеріалу в процесі виготовлення й особливо експлуатації за певних умов виділяти шкідливі для здоров'я людини (отруйні) речовини. Деякі будівельні матеріали, наприклад, не дозволяється використовувати у житлових приміщеннях, дитячих закладах, тощо. Зокрема, це стосується матеріалів, виготовлених на основі синтетичних смол (полімерів), а також пігментів, які містять сполуки свинцю, міді, миш'яку, цинку.

Розчинність - здатність матеріалу розчинюватись у воді, олії, бензині, скипидарі та інших речовинах-розчинниках. Розчинність може відігравати і позитивну, і негативну роль. Наприклад, якщо облицювальний синтетичний матеріал у процесі експлуатації руйнується під дією розчинника, розчинність є шкідливою.

Хімічна активність - залежить від ступеню подрібнення матеріалу, оскільки хімічні процеси протікають на його поверхні. Характеристикою ступеня подрібнення є питома площа поверхні (сумарна площа поверхонь всіх часток одиниці маси речовини (см² /г)). Для цементу питома площа поверхні 2000 - 2500 см² /г, для дрібно молотого цементу 3000 - 4000 см² /г.

Корозія - самовільне руйнування твердих тіл, викликане хімічними процесами, які відбуваються в них під час взаємодії із зовнішнім середовищем. Корозія руйнує не тільки металеві, але й кам'яні матеріали, бетон, деякі пластмаси. Основними агресивними речовинами, які викликають корозію є: прісна і солона вода, ґрунтові води, розчинні в дощовій воді гази ( SO₂, SO₃, NO₂) від промислових підприємств і автомашин. На промислові підприємствах корозію будівельних матеріалів викликають кислоти, луги, гарячі гази, розплавленні матеріали.

Корозія будівельних матеріалів небезпечна не стільки хімічними змінами в матеріалі, скільки пов'язаними з ними змінами фізико-механічних характеристик конструкцій, виготовлених з цих матеріалів.

Особливим видом корозії є біокорозія - руйнування матеріалу під дією живих організмів (грибів, мікробів, комах).

Біокорозія - це не тільки гниття органічних матеріалів (деревини, бітуму), але й руйнування природного каменю, бетону і металу продуктами життєдіяльності мікроорганізмів.

Механічні властивості матеріалів

Механічні властивості характеризують поведінку матеріалу під дією механічних навантажень.

До механічних властивостей належать:

Міцність - це здатність матеріалу сприймати навантаження, які викликають в ньому внутрішні напруження, не руйнуючись. Міцність характеризується межею міцності - найбільшим напруженням (?_в), яке може витримати даний матеріал. Це напруження відповідає найбільшому навантаженню у момент руйнування (до зруйнування) F_в. Залежно від характеру навантаження і виду напружень, що виникають в матеріалі, розрізняють міцність при: стисканні, розтягуванні, згині, зрізі та ударі. Міцність визначають на зразках матеріалу необхідної форми і розміру, які встановлює стандарт. Міцність при стисканні, розтягуванні і згині одного і того самого матеріалу може сильно відрізнятися. Так, міцність кам'яних матеріалів при стисканні у 5-10 разів вища ніж при згині або розтягуванні. Міцність деревини при згині вища ніж при стисканні. В межах малих деформацій для більшості матеріалів справедливий закон Гука, який встановлює зв'язок напруження та деформації:

, (1.12

де ?=?L/L, ?L - абсолютне видовження, L- початкова довжина, Е - коефіцієнт пропорційності або модуль Юнга (модуль пружності Н/м²).

Жорсткість - властивість матеріалу чинити опір прагненню зовнішніх сил до пружного деформування матеріалу. Жорсткість матеріалів оцінюють за величиною модуля Юнга (табл. 1.3.).

Таблиця 1.3

Значення модуля Юнга деяких матеріалів

Матеріал	Е, МПа
Алмаз	12,9·105
Вольфрам	4,0·105
Свинець	0,17·105
Деревина (вздовж волокон)	1,11·105
Деревина (поперек волокон)	0,007·105
Залізо, сталі	2·105
Алюмінієві сплави	0,7· 105
Гуми	8 ·100

Втомна міцність - це здатність чинити опір втомному руйнуванню (під дією динамічних навантажень).

Пружність - це здатність матеріалів повністю відновлювати свою форму і розміри після усунення навантаження. Деформації які зникають після зняття навантаження, називають пружними. Деформації які залишаються після зняття навантаження, називають пластичними (залишковими).

Границя пружності - це те найбільше напруження (? _пр), при якому залишкові деформації мають найменше (допустиме за нормами) значення, тобто матеріал практично зазнає зворотних пружних деформацій.

Пластичність - це властивість матеріалу змінювати без руйнування форму та розміри під впливом навантаження або внутрішніх напружень, стійко зберігаючи утворену форму і розміри після припинення цього впливу. Такі пластичні (залишкові) деформації називають незворотними. Пластичність деяких будівельних матеріалів змінюється під дією температури: при нагріванні - підвищується, при охолодженні - знижується. До таких матеріалів належать бітуми, деякі сорти сталі й ряд полімерних матеріалів.

В'язкість - здатність матеріалу накопичувати (поглинати) енергію деформування. Залежить від міцності і пластичності.

Ударна в'язкість це відношення роботи А (Дж), затраченої на руйнування, до площі перерізу S (м²) в місці руйнування

, [Дж/м²] (1.13

Для сталей а_н=0,2-2,2 Дж/м² ;

для заліза а_н=3,0 Дж/м² ;

для сірих чавунів а_н=0,01 - 0,04 Дж/м² .

Характеристики міцності, пружності і жорсткості визначають експериментально.

Твердість - властивість матеріалу чинити опір проникненню в них інших тіл -інденторів. Індентор-кулька, конус або пірамідка - виготовляється із загартованої сталі, алмазу або твердого сплаву.

За методом Бринеля в матеріал втискується сталева кулька, за діаметром відбитка визначається число твердості НВ.

За методом Роквелла - втискується алмазний конус, твердість визначається за глибиною проникнення конуса в тіло (HRA, HRB, HRC).

За методом Віккерса- втискується чотиригранна алмазна пірамідка, за діагоналлю відбитка визначається твердість HV.

Між твердістю та міцністю існує залежність

? _в= 0.25…0,55 НВ , (1.14)

для сталі ? _в = 0,36 НВ.

Ілюстраційні дані по твердості окремих матеріалів наведено в табл. 1.4

Таблиця 1.4

Твердість окремих будівельних матеріалів

Матеріал	Твердість за Бринелем
Сталь	1500-3000
Загартована сталь	6000-7000
Свинець	30-80

Зносостійкість - властивість матеріалу чинити опір зношуванню, або протистояти силам тертя від предметів, що рухаються. Зношування буває абразивне, корозійно-механічне, ерозійне.

Зносостійкість зростає з підвищенням твердості. Усі технологічні методи що збільшують твердість (гартування, термохімічна обробка), збільшують зносостійкість. Показник зносостійкості матеріалу визначають за формулою:

, (1.15)

де m - маса зразка до початку досліджень; m₁ - маса зразка після проведення дослідів; S - площа стирання зразка

Дуже важливим для будівельного матеріалознавства є поняття про умови міцності. Руйнування будь-яких конструкцій призводить до втрати матеріальних цінностей, каліцтва або загибелі людей. Щоб уникнути цього, розрахунки на міцність необхідно робити, дотримуючись умови міцності: найбільші напруження ?_мах, що можуть виникнути в конструкції, мають бути меншими не лише від границі міцності ?_в, а й від границі текучості ?_т і навіть границі пружності ? _пр. Умова міцності записується

? _мах ? [?] , (1.16)

де [?] - допустиме напруження ( [?] = ? _в/n_? ); n_? - запас міцності.

Запас міцності завжди n_?>1. Звичайно n_?=2,4…3,0 і більше, залежно від відповідальності конструкції.

Для пластичних матеріалів запас міцності беруть відносно до межі текучості ? _т.

[?] = ? _т/ n_т, (1.17)

n_т=1,4…1,6

Крім умови міцності (1.16) має виконуватись умова жорсткості (щоб уникнути великих деформацій)

?_мах? [?] , (1.18)

?_мах= ? _мах/Е

Висновок: умови міцності (1.16, 1.17) і жорсткості (1.18), а також характеристики ? _в, ? _т, Е, являються основними в розрахунках на міцність.

Питання для самоконтролю

Застосування БМ у будівельних конструкціях.

Класифікація будівельних матеріалів.

Основні показники пожежної небезпеки будівельних матеріалів і методи їх визначення.

Вогнестійкість будівельних конструкцій. Показники та методи визначення.

Основні фізичні властивості будівельних матеріалів.

Основні механічні властивості будівельних матеріалів.

Що таке твердість і якими методами вона визначається?

Які властивості будівельних матеріалів відносять до гідрофізичних?

Які властивості будівельних матеріалів відносять до хімічних?

Чим обумовлена радіоактивність будівельних матеріалів?

Як визначається та характеризується радіоактивність будівельних матеріалів?

Що таке радіаційна стійкість матеріалів?

Поняття про умови міцності та жорсткості.

Акустичні властивості будівельних матеріалів.

Теплофізичні властивості будівельних матеріалів. В яких розрахунках враховуються теплоємність та теплопровідність будівельних матеріалів.

Задачі для самостійного розв'язування

1. Необхідно замінити теплоізоляцію із пінобетонних виробів із середньою густиною _о=500 кг/м³ і товщиною =100 мм на теплоізоляцію із мінеральної вати (в набивку під сітку) марки 100. Температура поверхні, що ізолюється t₁=300С, а поверхні ізоляції t₂=25С. Визначити товщину теплоізоляційного шару із мінеральної вати.

2. Яку масу має зразок матеріалу неправильної форми середньої густини 2400 кг/м³, якщо його маса у воді зменшується на 45,5 г? На парафінування зразка використовується 1,5 г парафіну густиною 0,93 г/см³.

3. Визначити об'єм щебеню, що прибув в залізничному напіввагоні вантажопідйомністю 60 т, якщо насипна густина щебеню 1420 кг/м³.

4. Розрахувати середню густину в сухому і у вологому стані керамзитобетонної зовнішньої стінової панелі розміром 3,62,90,4 м масою 4,5 т при вологості 13%.

5. До цегельного стовпа перерізом 5151 см прикладене вертикальне навантаження в 400 кН. Марка цегли 150 (середня межа міцності при стиску не менше 15 МПа), а гранично допустиме розрахункове навантаження на кожний квадратний сантиметр перерізу стовпа не повинен перевищувати 10% міцності цегли. Чи витримає цегляний стовп навантаження, знаходячись у воді, якщо коефіцієнт розм'якшення цегли 0,81?

Розділ 2. ПРИРОДНІ БУДІВЕЛЬНІ КАМ'ЯНІ МАТЕРІАЛИ

1. Визначення і класифікація природних кам'яних матеріалів.

2. Основні особливості використання та добування природних кам'яних матеріалів і виробів.

3. Властивості природних кам'яних матеріалів.

4. Характеристики деяких природних кам'яних матеріалів.

5. Вплив високих температур на природні кам'яні матеріали.

2.1 Визначення і класифікація природних кам'яних матеріалів

Природні кам'яні матеріали широко використовуються в будівництві і слугують основною сировиною для отримання мінеральних в'яжучих речовин і штучних кам'яних матеріалів.

Природними кам'яними матеріалами називають будівельні матеріали, які отримують з гірських порід з використанням лише механічної обробки (подрібнення, розпилювання, шліфування, поліровки і т. і.). В результаті такої обробки природні кам'яні матеріали зберігають фізико-механічні властивості гірської породи, з якої їх було отримано.

Гірські породи - природні агрегати мінералів більш-менш постійного складу, що утворюють самостійні геологічні тіла, що складають земну кору. Мінерал - природне тіло, приблизно однорідне за хімічним складом та фізичним властивостям, що утворилося в результаті різних фізико-хімічних процесів у земній корі. Кожен мінерал характеризується визначеними хімічним складом та фізико-хімічними властивостями.

Мономінеральні - гірські породи з одного мінералу.

Полімінеральні - породи із декількох мінералів.

Всі гірські породи в залежності від умов їх утворення поділяють на три основні групи, які в свою чергу поділяються на підгрупи.

1. Вивержені (магматичні):

1.1 масивні (граніт, лабрадорит, базальт, габро);

1.2 уламкові (вулканічна пемза, попіл, туф);

2. Осадові:

2.1 механічні відкладення (пісок, гравій, піщаник);

2.2 хімічні осади (доломіт, магнезит, гіпс, вапняк, вапняний туф, мергель);

2.3 органогенні відкладення (вапняк - ракушняк, крейда)

3. Метаморфічні:

3.1 змінені вивержені (кварцит, мармур);

3.2 змінені осадові (глинисті сланці, гнейси).

Вивержені породи утворилися в результаті тривалого помірного застигання магми у земній корі. Мають повнокристалічну структуру та пористість близьку до 0. Осадові породи утворилися на поверхні суші, на дні морів та річок за рахунок накопичення продуктів руйнування раніш існуючих порід і залишків організмів. Метаморфічні породи утворилися в результаті метаморфізму (перекристалізації під дією високих температур і тиску) осадових та магматичних порід.

2.2 Основні особливості використання та добування природних кам'яних матеріалів і виробів

Видобування природного каміння залежно від його міцності здійснюється в кар'єрах за допомогою екскаваторів (слабкі осадові породи) або буро-вибуховим способом для розробки масивних, щільних, міцних магматичних та метаморфічних порід. Залежно від місця та глибини залягання добувають відкритим, підводним та підземним способом.

Каміння із кар'єрів залежно від його призначення піддають подальшій обробці: подрібненню, розпиленню, сколюванню, шліфуванню та поліруванню.

Застосовують гірські породи як нерудні, конструкційні, оздоблювальні будівельні матеріали та матеріали спеціального призначення (кислотостійкі, теплоізоляційні, акустичні).

Нерудні будівельні матеріали. До них відносять неорганічні зернисті сипучі матеріали, як щебінь, гравій, піщано-гравійна суміш, пісок. Застосовують як заповнювачі для бетонів і розчинів, ущільнюючий шар на покриттях автошляхів, баластний шар залізничної колії, спорудження, дамб, насипів, засипок при облаштуванні територій.

Щебінь - куски каміння розміром 5-70 мм (для гідротехнічного будівництва до 150 мм). Видобувають буро-вибуховим способом та подальшим дробленням бутового каміння, в декілька стадій. Зустрічається і природний щебінь, який утворюється при вивітрюванні гірських порід.

Гравій - продукт природного руйнування та переміщення скельних гірських порід, складається із обкатаних зерен розмірами 5-150 мм. Отримують просіюванням рихлих осадових порід, за необхідністю промиваються для видалення шкідливих домішок (глини, пилу). За походженням буває річний, озерний, морський.

Піщано-гравійна суміш складається із піску розміром до 5 мм та гравію (25...60%). Основну кількість видобувають із русел річок, застосовують для виготовлення цементних та асфальтових бетонів, при будівництві доріг.

Пісок складається із зерен різних мінералів (кварцу, польового шпату, слюди) з розмірами 0,14-5 мм. Застосовують природні та штучні дроблені піски. Залежно від призначення до піску ставляться вимоги щодо розмірів та хімічного складу. Застосовують на підприємствах з виробництва скла, будівельної кераміки, бетонів і розчинів, покрівельних та гідроізоляційних матеріалів.

Конструкційні матеріали. До них відносяться бутове каміння, каміння і блоки стінові, вироби для будівництва шляхів. Бутове каміння - куски каміння неправильної форми, розміром не більше 50 см. Може бути рваний та правильної форми. Розробку порід здійснюють вибуховим способом або відокремлюють екскаватором та розвалюють камнекольним інструментом. Належить до осадових (вапняки, доломіти, піщаники) та вивержених порід. Залежно від призначення до буту ставляться вимоги щодо міцності (не нижче 10 МПа), морозостійкості та водостійкості (коеф. розм'якшення не нижче 0,75). Із буту роблять греблі, дамби, інші гідротехнічні споруди (вага до декількох тонн), застосовують для підпірних стін, фундаментів, стін неопалюваних будівель (вага до 20 кг). Велика його кількість подрібнюється на щебінь. Стінове каміння із гірських порід отримують методом розпилювання; застосовують для кладки зовнішніх стін і перегородок. Крупні блоки випилюють із масиву гірських порід у кар'єрах; нарізають із вже добутих блоків-заготовок; виготовляють методом кладки мілкого стінового каміння на будівельному розчині. Застосовують вапняк, туф, доломіт, піщаник густина 900...2200 кг/м³ та марки за міцністю не менше 25кгс/см².

Для будівництва шляхів застосовують бортове каміння пиляне або колоте - відділяє проїжджу частину вулиць від тротуарів. Колоті та тесані бруски брущатки застосовують для влаштування мостових, колоте булижне каміння застосовується для укріплення відкосів. Дані вироби повинні мати достатню міцність та морозостійкість. Отримують із щільних вивержених та осадових гірських порід (габро, вапняк).

Оздоблювальні пиляні матеріали у вигляді шліфованих та полірованих плит із граніту, лабрадориту, мармуру застосовують для внутрішнього і зовнішнього облицювання стін, покриття підлог, виготовлення сходів. Середній вихід при добуванні - 20 %, решта - некондиційні блоки і плити (застосовують при виготовленні штучних облицювальних матеріалів методом склеювання синтетичними смолами (епоксидною, поліефірною) або пресуванням із застосуванням цементу). Відходи мілкої фракції - для виконання монолітних мозаїчних підлог та виготовлення декоративних штукатурних розчинів.

Природні кам'яні матеріали, що застосовують при будівництві доріг, зведенні зовнішніх стін, облицюванні фасадів - піддаються руйнуванню під дією води, морозу, кислих оксидів з атмосфери промислових міст. Застосовують наступні способи захисту:

o конструктивний захист - надання відкритій частині будівлі (карнизу, парапету) укладистої форми, що забезпечить злив води;

o підвищення щільності і гладкості поверхневого шару виробу - шліфуванням, поліруванням;

o просочування поверхні виробу спеціальними ущільнювальними складами (флюатами), що затрудняють проникання води у пори матеріалу;

o нанесення на лицьову поверхню виробу гідрофобізуючих складів - надають матеріалу водовідштовхуючих властивостей;

o захист поверхні матеріалів плівкоутворюючими полімерними складами (прозорими або фарбованими).

Матеріали спеціального призначення. Це кислототривкі, теплоізоляційні та акустичні матеріали. Магматичні гірські породи (базальт, андезит, діабаз), метаморфічні (кварцит), мають високу кислотостійкість. З них виготовляють тесані плити, цеглу, бруски, фасонні вироби (для футерівки пром. установок); та захисту будівельних конструкцій, що працюють в умовах дії кислого середовища. Теплоізоляційні та акустичні вироби в основному отримують на основі мінеральної вати. Мінеральна вата - механічна суміш штучно отриманих коротких волокон. Внаслідок хаотичного розташування волокна утворюють високо пористу структуру, яка забезпечує теплопровідність, звукоізоляцію та звукопоглинання. Мінеральна вата не горить, не гниє, малогігроскопічна, водостійка та термостійка. Вироби на її основі застосовують для теплоізоляції холодних та гарячих (до 400^оС) поверхонь.

Мінеральні теплоізоляційні матеріали також отримують спучуванням природної сировини - перліту та вермикуліту. Перліт - гірська порода, що складається із вулканічного природного склосплаву, містить до 5% кристалізованої води. При швидкому нагріванні дробленого матеріалу до Т = 900...1200 ^оС вода переходить у пару і спучує розм'якшену породу (збільшує в об'ємі до 10 разів), утворюючи сферичні зерна з пористістю до 90%, насипною густиною 75...500 кг/м³ та теплопровідністю 0,046...0,08 Вт/(м·К). Спучений вермикуліт отримують аналогічно - шляхом подрібнення та короткочасного (3-5 хв.) обпалювання у звішеному стані у шахтних печах природного вермикуліту, який складається із гідрослюд, що містять кристалізаційну воду. Різке випаровування води призводить до збільшення початкового об'єму у 15-20 разів.