Все материалы, из которых изготавливают отдельные строительные детали и конструкции, возводятся здания и сооружения, в том числе и спортивные, объекты учебно-материальной базы служебно-прикладной физической подготовки различного назначения называются строительными [1]. Их стоимость составляет в среднем 50…60 % капитальных затрат на строительство, поэтому при возведении спортивных сооружений обязательно необходимо учитывать свойства строительных материалов, экономическую и техническую целесообразность их использования.
Строительные материалы, применяемые в строительстве спортивных сооружений и других объектов служебно-прикладной физической подготовки, подразделяют на группы, различающиеся по своему происхождению, строению, составу, свойствам, назначению, области применения.
Ряд строительных материалов (например, цемент, известь, древесину) нельзя отнести к какой-либо одной группе, поскольку их используют и в чистом виде, и как сырье для получения других строительных материалов и изделий. Такие материалы носят название материалов общего назначения.
По своему происхождению строительные материалы подразделяются на природные (естественные) и искусственные.
Природные (естественные) строительные материалы и изделия на их основе получают из природных недр. Им придают определенную геометрическую форму, рациональные размеры, но не меняют их внутреннего строения, состава. Чаще других из природных для строительства спортивных сооружений используют лесные (древесные) и каменные материалы и изделия на их основе. Кроме них, в готовом виде или после простой обработки возможно получить битум, асфальт, казеин, некоторые материалы растительного происхождения, например, солому, камыш, торф, лузгу, животного происхождения, в частности, кожу, шерсть.
Искусственные строительные материалы и изделия на их основе производят в основном из природных сырьевых материалов, реже – из побочных продуктов промышленности, сельского хозяйства или сырья, вырабатываемого искусственным путем. Полученные таким образом строительные материалы отличаются от исходного природного сырья как по строению, так и по химическому составу [2]. Это связано с переработкой сырья в заводских условиях. В заводской переработке участвует органическое сырье (нефть, газ, древесина и др.) и неорганическое (минералы, камень, шлак и др.), что позволяет получать многообразный ассортимент материалов для нужд строительства. Отдельные виды материалов существенно отличаются от исходного сырья по составу, внутреннему строению, качеству.
По назначению строительные материалы делятся на группы:
- конструкционные, которые воспринимают и передают нагрузки в строительных конструкциях;
- теплоизоляционные, основное назначение которых – свести к минимуму перенос тепла через строительные конструкции и обеспечить необходимый тепловой режим в помещениях при минимальных затратах энергии на отопление;
- гидроизоляционные и кровельные предназначенные для создания водонепроницаемого слоя на кровлях, в подземной части спортивного сооружения, которые необходимо защищать от воздействия воды или водяных паров;
- отделочные, которые служат для улучшения декоративных качеств строительных конструкций, для защиты других материалов (конструкционных, теплоизоляционных) от внешних воздействий;
- герметизирующие – для заделки стыков и швов в сборных строительных конструкциях;
- акустические (звукопоглощающие и звукоизоляционные) – для снижения уровня шумового загрязнения помещений спортивного сооружения;
- специального назначения – применяемые для возведения спортивных сооружений или их отдельных элементов, эксплуатируемых в экстремальных условиях (например, при высокой температуре, воздействие ядовитых жидкостей и пр.).
По способу изготовления различают материалы, получаемые:
- спеканием (керамика, цемент, известь, гипс);
- плавлением (стекло, металлы);
- омоноличивание при помощи вяжущего вещества (бетоны, строительные растворы);
- механической обработки природного сырья (природный камень, древесные материалы).
По степени готовности строительные материалы подразделяются на:
- собственно строительные материалы (вяжущие материалы, заполнители);
- строительные изделия и строительные конструкции – готовые детали и элементы, монтируемые в сооружении на месте (железобетонные панели и плиты, балки, дверные и оконные блоки, лестничные марши и пр.).
Все применяемые при строительстве спортивных сооружений и других объектов физической подготовки и спорта материалы должны соответствовать требованиям государственных стандартов (ГОСТ), технических условий (ТУ) и других нормативных документов [3].
Материалы для несущих и ограждающих конструкций
В практике строительства спортивных сооружений находят применение различные материалы, которые используются для возведения или изготовления несущих и ограждающих конструкций. Часть из них имеют природное происхождение (песок, щебень, древесина), но значительная часть является продуктом переработки исходных сырьевых материалов с новыми свойствами (цемент, гипс, бетон, раствор, полимеры и др.).
Природные каменные материалы и изделия на их основе
Природные каменные материалы и изделия на их основе получают из минерального каменного сырья – горных пород, подвергнутых механической обработке (дробление, распиливание, раскалывание, шлифовка, полировка и др.), в результате чего природные каменные материалы полностью сохраняют физико-механические свойства исходной горной породы.
Свойства горной породы определяются количеством и составом слагающих их минералов. В зависимости от условий образования минералов, все горные породы подразделяются на группы:
- магматические;
- осадочные;
- метаморфические.
Магматическиегорные породы являются продуктом остывания огненно-жидкой массы – магмы, которая изливалась из земных недр в результате активной вулканической деятельности. Если магма остывала, не достигнув земной поверхности, то результатом явились глубинные горные породы. Глубинные горные породы отличаются высокой плотностью, морозостойкостью и малым водопоглощением. Основные виды глубинных горных пород – гранит, сиенит, диорит, габбро, лабрадорит.
При остывании магмы после ее разлива на земной поверхности образовались излившиеся горные породы [4]. Широко применяются в практике строительства такие излившиеся горные породы, как порфиры, диабаз, базальт, вулканический туф.
Осадочныегорные породы образовались в результате разрушения (выветривания) изверженных горных пород под воздействием внешних условий: температуры, воды, ультрафиолетового облучения и пр. Часть осадочных горных пород является результатом осаждения веществ из какой-либо среды. К таким породам относятся известняк, мел, глина, доломит, песчаник, гравий, ракушечник, гипс и др.
Метаморфическиегорные породы образовались в толще земной коры в результате значительного видоизменения осадочных или магматических горных пород под воздействием высоких температур, высокого давления и других факторов. Характерными представителями этих горных пород являются мрамор, кварцит, гнейс.
Песок, гравий, щебень, бутовый камень, глина – сыпучие материалы, полученные из горных пород различного происхождения, используются при строительстве спортивных сооружений без изменения химического состава и фазового состояния.
Основное их применение – заполнители для бетонов и растворов, устройство оснований под фундаменты, а также в качестве конструкционных слоев покрытия плоскостных спортивных сооружений [5].
Щебень – продукт дробления горных пород в виде остроугольных обломков (рис. а). Его получают искусственным путем при дроблении магматических и осадочных горных пород.
Возможно получение щебня путем дробления искусственно полученного исходного сырья: глиняного или силикатного кирпича, доменных шлаков, аглоперита и др.
Для удобства применения зёрна щебня рассевают на фракции 5-10, 10-20, 20-40, 40-70 и более 70 мм.
В естественных природных условиях щебень в больших количествах не встречается, так как с течением времени его острые грани округляются, и он превращается в гравий.
Гравий – продукт естественного разрушения и перемещения скальных горных пород (рис. б) представляет собой окатанные, иногда угловатые, гладкие камни. По происхождению гравий бывает овражным (горным), речным, морским. Зерна гравия речного и морского происхождения имеют форму более округлую (окатанную), чем у овражного (горного) [7]. Для бетонов предпочтительнее гравий с зернами малоокатанной формы, имеющих лучшее сцепление с цементным камнем. Применение гравия при строительстве спортивных сооружений – аналогично щебню.
Рис. Сыпучие строительные материалы, полученные при разрушении горных пород: а – щебень; б – гравий
Песок – сыпучая горная порода в виде несвязных зерен диаметром до 5 мм. По происхождению различают пески природные, представляющие собой мелкообломочную горную породу, и дробленые, получаемые в результате дробления или отсева продуктов дробления при производстве щебня.
Природные пески зачастую содержат различные примеси: зерна полевого шпата, слюды, пылеватые, глинистые и илистые частицы, сернистые вещества, которые ухудшают его качество. Для освобождения от примесей и загрязнений песок перед применением промывают водой [6].
Песчано-гравийная смесь – совокупность зерен песка и гравия с размером зерен более 5 мм. Наибольшая крупность зерен гравия в такой смеси составляет 150 мм. Песчано-гравийная смесь используется как готовый строительный материал и как полуфабрикат для переработки.
Бутовый камень – куски горной породы неправильной геометрической формы от 150 до 500 мм. Его получают из плотных горных пород. Применяется как заполнитель при возведении бетонных и железобетонных фундаментов спортивных сооружений.
Глина – осадочная горная порода, которая состоит из отдельных чешуйчатых частиц каолинита размером менее 0,005 мм. Кроме каолинита в состав глины входят другие пылеватые частицы и примеси, определяющие ее цвет: белый, красный, черный, бурый и др. Глина служит исходным сырьем для получения керамического кирпича, керамзитового гравия и керамзитового песка, облицовочной плитки [8]. Благодаря своей способности в смеси с водой образовывать пластичную массу, глина широко применяется в качестве вяжущего при приготовлении глиняных строительных растворов.
