17Кафедра строительных материалов.
Каждый материал, используемый в строительстве, имеет различные свойства, определяющие область его рационального применения и возможность сочетания с другими материалами.
Свойства строительных материалов определяются их химическим составом и строением.
В зависимости от химического состава строительные материала принято делить на.
органические (древесина, битум, пластмассы.
минеральные (природный камень, бетон, керамика и т.п.
металлические (сталь, чугун, цветные металлы.
У каждой из этих групп материалов есть свои специфические свойства. Так, органические материалы не выдерживают высоких температур и горят; минеральные, напротив, хорошо противостоят действию огня, а металлы очень хорошо проводят электричество и теплоту.
Не меньше, чем химический состав, на свойства материала влияет его строение. При одном и том же химическом составе материалы различного строения обладают разными свойствами. Например, мел и мрамор – две горные породы, состоящие из карбоната кальция СаСО 3 . но пористый рыхлый мел имеет низкую прочность и легко размокает в воде, а плотный мрамор прочен и стоек к действию воды.
Исходя из условий работы материала в сооружении, строительные материалы можно разделить по назначению на две группы.
Первую группу составляют материалы универсального типа, пригодные для несущих конструкций: природные каменные материалы; искусственные каменные материалы: получаемые на основе вяжущих веществ без обжига (бетоны, строительные растворы); получаемые высокотемпературной обработкой минерального сырья (керамика, стекло, металлы); конструкционные пластмассы; лесные материалы и др.
Вторая группа объединяет строительные материалы специального назначения, необходимые для защиты конструкций от вредных влияний среды, а так же для повышения эксплуатационных свойств зданий и создания комфорта: теплоизоляционные материалы; акустические; гидроизоляционные, кровельные и герметизирующие; отделочные, антикоррозионные и др.
1. Состав и строение материалов.
Строительный материал характеризуется химическим, минеральным и фазовым составами.
Химический состав строительных материалов позволяет судить о ряде свойств материала: огнестойкости, биостойкости, механических и других технических характеристиках. Химический состав неорганических веществ (цемента, извести и др.) и каменных материалов удобно выражать количеством содержащихся в них оксидов (%). Основные и кислотные оксиды связаны между собой и образуют минералы, которые и определяют многие свойства материала.
Минеральный состав, например, показывает, какие минералы и в каком количестве содержатся в вяжущем веществе или в каменном материале.
Фазовый состав материала (содержание воздуха, влаги или льда в порах) оказывает влияние на все свойства и поведение материала при эксплуатации. В материале выделяют твёрдый каркас, образующий стенки пор, и поры, заполненные воздухом или водой.
Строение материала изучают на трёх уровнях.
макроструктура материала – строение, видимое невооружённым глазом.
микроструктура материала – строение, видимое в оптический микроскоп.
внутреннее строение веществ, составляющих материал, на молекулярном уровне, изучаемом методами рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии и т.п.
Макроструктура может быть следующих типов: конгломератная, ячеистая, мелкопористая, волокнистая, слоистая, рыхлозернистая (порошкообразная.
Конгломератная структура характерна для материалов, представляющих собой плотносоединённые (обычно с помощью какого-нибудь цементирующего вещества) отдельные зёрна, что характерно для некоторых видов природных, керамических материалов, бетона, композитов и др.
Ячеистая структура характеризуется наличием макропор, свойственных газо- и пенобетонам, ячеистым пластмассам.
Мелкопористая структура свойственна, например, керамическим материалам, поризованным способами высокого водозатворения и введения выгорающих добавок.
Волокнистая и слоистая структура характерна для материалов, состоящих из волокон (слоёв), расположенных параллельно одно к другому. Волокнистая структура присуща древесине, стеклопластикам, изделиям из минеральной ваты и др. Слоистая структура отчётливо выражена у рулонных, листовых, плитных материалов, в частности у пластмасс со слоистым наполнителем. Для волокнистых и слоистых материалов характерна анизотропия – наличие различных свойств в разных направлениях, поэтому их называют анизотропными.
Рыхлозернистая структура характерна для материалов, состоящих из отдельных, не связанных одно с другим зёрен (песок, гравий и др.
Микроструктура веществ, составляющих материал, может быть кристаллическая и аморфная.
Кристаллическими называют тела, в которых атомы (или молекулы) расположены в правильном геометрическом порядке, причём этот общий порядок соблюдается как для атомов, расположенных в непосредственной близости друг от друга (ближний порядок), так и на значительном расстоянии (дальний порядок.
Аморфными называют тела, в которых только ближайшие друг к другу атомы находятся в более или менее упорядоченном расположении; дальний же порядок отсутствует.
Кристаллические и аморфные формы нередко являются лишь различными состояниями одного и того же вещества (например, кристаллический кварц и различные аморфные формы кремнезёма.
Неодинаковое строение кристаллических и аморфных веществ определяет и различие в их свойствах. Аморфные вещества, обладая нерастраченной внутренней энергией кристаллизации, химически более активны, чем кристаллические такого же состава. Существенное различие между аморфными и кристаллическими веществами состоит в том, что кристаллические вещества при нагревании имеют определённую температуру плавления, а аморфные – размягчаются и постепенно переходят в жидкое состояние. Прочность аморфных веществ, как правило, ниже кристаллических, поэтому для получения материалов повышенной прочности специально проводят кристаллизацию.
Внутреннее строение веществ, составляющих материал, определяет механическую прочность, твёрдость и другие важные свойства материала.
*