- •Тема 1. Основные понятия строительного материаловедения
- •Классификация строительных материалов.
- •1.2. Эксплуатационные требования к материалам
- •Состав и строение материалов.
- •Основные свойства материалов
- •1.4.3 Химические и физико-химические свойства
- •1)Химическая
- •3)Биокоррозия
- •1.5 Работа материалов в сооружении.
-
Состав и строение материалов.
В зависимости от химического состава строительные материалы принято делить на:
• органические (древесина, битум, пластмассы);
• минеральные (природный камень, бетон, керамика и т. п.);
• металлические (сталь, чугун, цветные металлы).
1. Органические вещества Среди строительных материалов из органических веществ чаще всего применяется древесина и битум. В XX в. появились и быстро завоевали прочные позиции полимерные материалы, синтезируемые из продуктов переработки нефти, угля и т. п.
С точки зрения строителя органические вещества имеют серьезные недостатки.
2. Неорганические вещества применяемые в строительстве – керамика, природный камень и др.). Будучи уже в окисленном состоянии, они не способны окисляться, т. е. гнить и гореть. В этом отношении они устойчивее (долговечнее) органических веществ. Однако их переработка в изделия, как правило, более трудоемка и энергоемка, чем переработка органических материалов.
Под структурой или строением материалов как физических тел, понимают пространственное расположение частиц разной степени дисперсности и других структурных элементов с совокупностью устойчивых взаимных связей и порядком сцепления между собой. В понятие структуры входит также расположение пор, капилляров, поверхностей раздела фаз, микротрещин, и других элементов.
Различают следующие типы макроструктуры.
Плотную однородную структуру имеют металлы, стекло и т.п.
Конгломератное строение характерно для большинства природных и искусственных каменных материалов (различных видов бетона, растворов, силикатного кирпича, некоторых видов керамических материалов), когда отдельные зерна заполнителя прочно соединены между собой прослойками вяжущего вещества. При этом в зависимости от относительного содержания этих основных элементов твердой фазы материала различают порфировый, контактный и законтактный типы структур.
По характеру расположения пор материалы могут иметь следующую структуру
Мелкопористая структура
Ячеистая структура
Волокнистая и слоистая структуры
Рыхлозернистая структура.
Выделяют также композиты – материалы с организованной структурой. В композитах различают компонент, образующий непрерывную фазу, называемую матрицей и играющую роль связующего, и второй компонент, дискретно распределенный в матрице,— упрочняющий компонент. В роли матрицы в строительных композитах используют полимерные и минеральные вяжущие; в роли упрочняющего компонента — волокнистые (стекловолокно, отрезки металлической проволоки, асбестовое волокно и т. п.) или листовые (бумага, древесный шпон, ткани) материалы.
В композиционных материалах достигается совокупность свойств, не являющаяся простой суммой свойств исходных составляющих.
Волокнистые и слоистые материалы, у которых волокна (слои) расположены параллельно одно другому, обладают различными свойствами в разных направлениях. Это явление называется анизотропией, а материалы, обладающие такими свойствами,— анизотропными.
Микроструктура материала — строение, видимое в оптический микроскоп. На микроуровне твердая фаза материала может быть кристаллической и аморфной.
Неодинаковое строение кристаллических и аморфных веществ определяет и различие в их свойствах.
1.Аморфные обладают нерастраченной внутренней энергией кристаллизации, химически более активны, чем кристаллические того же состава (аморфные формы кремнезема — пемза, туфы, трепелы, диатомиты). 2.Теплопроводность аморфных материалов ниже, чем кристаллических. Неодинаковые свойства могут наблюдаться у кристаллических материалов одного и того же состава, если они формируются в разных кристаллических формах, называемых модификациями. Это явление называется 3.полиморфизмом.
Другое существенное различие между аморфными и кристаллическими веществами состоит в том, что 4. аморфные вещества при нагревании способны плавиться постепенно, не имея определенной температуры плавления. Кроме того, они обладают 4. изотропностью, т.е. одинаковыми свойствами во всех направлениях.
5.Прочность аморфных веществ, как правило, ниже прочности кристаллических.
Единая и монолитная структура конгломерата может быть оптимальной и неоптимальной.
Оптимальной называют структуру, если частицы в ней распределены равномерно по объему (фазы, компоненты, поры и др.), отсутствуют или присутствуют в малом количестве дефекты структуры как концентраторы напряжений или аккумуляторы агрессивной среды, имеется непрерывная прослойка вяжущего вещества в виде пространственной сетки минимально необходимой толщины. В тех случаях, когда в материале нет вяжущей прослойки, условием оптимальности структуры служит наибольшая поверхность контактирования и взаимосвязи частиц твердой фазы. При этом оптимальная структура всегда является отражением принятых технологических особенностей формирования ее в производственных условиях.
Неоптимальными называют структуры, которые не удовлетворяют хотя бы одному из вышеуказанных обязательных условий оптимальности. Оптимальным структурам соответствуют улучшенные показатели качества материалов по сравнению с неоптимальными. Это улучшенное качество обусловлено повышенной плотностью, минимальным количеством жидкой среды, повышенной концентрацией твердой, например кристаллической, фазы, минимумом объема пор в контактных зонах и рядом других причин.