3. 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.