Требования, предъявляемые к строительным материалам

Строение и свойства строительных материалов. Понятие о композиционных строительных материалах.

Материаловедение - наука, изучающая связь состава, строения и свойств материалов, а также закономерности их изменения при физико-химических, физических, механических и других воздействиях.

Требования, предъявляемые к строительным материалам

Как при создании строительных материалов, так и при их выборе при проектировании, решаются две задачи (находящиеся в диалектическом противоречии):

- повышение качества (показателями которого являются физико-механические свойства, долговечность, эстетичность и т.д.);

- уменьшение себестоимости (в общих сметах строительного объекта на стоимость материалов обычно приходится 50-65%).

Структура строительных материалов:

Строительные материалы разнообразны по вещественному составу и свойствам. Материалы, имеющие одинаковый вещественный состав могут отличаться по свойствам. С другой стороны материалы, отличающиеся по вещественному составу, могут иметь общие свойства.

Различие и общность свойств разнообразных по составу материалов, обусловлены их структурой.

Структура материала – это его строение, определяемое величиной, формой и взаиморасположением структурных составляющих.

Структурные составляющие - атомы, ионы, молекулы, твердые частицы различной дисперсности и пространства между частицами, которые называют порами. Поры могут быть заполнены жидкой или газообразной фазой.

Знание структуры строительного материала необходимо для понимания его свойств и в конечном итоге для решения практи­ческого вопроса, где и как применить материал, чтобы получить наибольший технико-экономический эффект.

Структура строительного материала определяется свойствами веществ, из которых состоит материал и условий образования (для природных материалов) или технологии производства и обработки (для искусственных материалов).

Строение материала изучают на трёх уровнях:

1. Макроструктура — строение, видимое невооружённым глазом;

Макроструктура твердых строительных материалов может быть следующих типов:

-конгломератная (бетоны),

-ячеистая (газо- и пенобетоны),

-мелкопористая (поризованные керамические материалы),

-волокнистая (древесина, минеральная вата),

-слоистая (рулонные материалы, пластмассы со слоистым наполнителем (текстолит)),

-рыхлозернистая (заполнители для бетона).

2. Микроструктура — строение, видимое в оптический микроскоп;

По микроструктуре вещества подразделяются:

- аморфные;

- кристаллические (фиксированная температура плавления, анизотропия свойств);

3. Внутреннее строение веществ, обусловленное взаимным расположением атомов, ионов, молекул.

Внутреннее строениевеществ, составляющих материал, опре­деляет механическую прочность, твердость, тугоплавкость и дру­гие важные свойства материала.

Кристаллические вещества, входящие в состав строительного материала, различают по характеру связи между частицами, об­разующими пространственную кристаллическую решетку. Она может быть образована: нейтральными атомами (одного и того же элемента, как в алмазе, или различных элементов, как в SiO₂); ионами (разноименно заряженными, как в СаСО₃, или одноимен­ными, как в металлах); целыми молекулами (кристаллы льда).

Ковалентная связь осуществляется обычно электронной па­рой, образуется в кристаллах простых веществ (алмаз, графит) и в кристаллах некоторых соединений из двух элементов (кварц, кар­борунд, другие карбиды, нитриды). Такие материалы выделяются очень высокой механической прочностью и твердостью, они весьма тугоплавки.

Ионные связи образуются в кристаллах тех материалов, в ко­торых связь имеет преобладающе ионный характер. Распростра­ненные строительные материалы этого типа гипс и ангидрид имеют невысокую прочность и твердость, не водостойки.

В сложных кристаллах, часто встречающихся в строительных материалах (кальцит, полевые шпаты), осуществляются и кова­лентная и ионная связи. Внутри сложного иона СО связь кова­лентная, но сам он имеет с ионами Са²⁺ ионную связь. Свойства подобных материалов весьма разнообразны. Кальцит СаСОз при достаточно высокой прочности обладает малой твердостью. У полевых шпатов сочетаются довольно высокие показатели проч­ности и твердости, хотя и уступающие кристаллам алмаза с чисто ковалентной связью.

Молекулярные кристаллические решетки и соответствующие им молекулярные связи образуются преимущественно в кристал­лах тех веществ, в молекулах которых связи являются ковалентными. Кристалл этих веществ построен из целых молекул, кото­рые удерживаются друг около друга сравнительно слабыми ван-дер-ваальсовыми силами межмолекулярного притяжения (как в кристаллах льда). При нагревании связи между молекулами легко разрушаются, поэтому вещества с молекулярными решетками обладают низкими температурами плавления.

Силикаты, занимающие особое место в строительных мате­риалах, имеют сложную структуру, обусловившую их особенно­сти. Так, волокнистые материалы (асбест) состоят из параллель­ных силикатных цепей, связанных между собой положительными ионами, расположенными между цепями. Ионные силы слабее ковалентных связей внутри каждой цепи, поэтому механические воздействия, недостаточные для разрыва цепей, разделяют такой материал на волокна.