Материал: Доманская. Строительные материалы и изделия. Учебное пособие

1. Классификация строительных материалов

жений и конструкциях, которые необходимо защищать от воздействия воды или водяных паров.

Герметизирующими материалами заполняют стыки в сборных конструкциях.

Сложность классификации современных строительных материалов заключается в том, что один и тот же материал, в зависимости от его строительных характеристик, может быть отнесен к разным группам. Особенно это касается композиционных материалов. Например, бетон, в большинстве случаев, применяют в качестве конструкционного материала, но некоторые его виды имеют иное назначение: теплоизоляционное (легкие и особо легкие бетоны), декоративное (бетоны на цветном портландцементе), специальное (особо тяжелые виды бетонов служат для защиты от радиоактивного излучения).

9

2. СОСТАВ И СТРУКТУРА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Состав — это качественная и количественная характеристика любого вещества, в том числе сырья, готового материала и изделия. Составы бывают нескольких видов: химический, минералогический, фазовый, гранулометрический, вещественный [2].

Химический состав материалов выражают в зависимости от их природы: в случае неорганических минеральных материалов (цемент, известь, глина или стекло) — процентным содержанием оксидов элементов; а органических — процентным содержанием химических элементов, так же как и в случае металлов и сплавов.

Зная химический состав, можно предсказать характерные для данного материала свойства. Например, высокое содержание кремнезема (SiO2) в совокупности с низким содержанием оксидов кальция (CaO) и алюминия (Al2O3) показывает относительно низкую температуру плавления глин. В зависимости от соотношения содержания основных и кислых оксидов различают кислый или основной характер материала (см. табл. 1).

Потери при прокаливании (ΔМпрк) — это показатель химического состава материала, указывающий суммарное содержание соединений, улетучивающихся в процессе его нагревания (СО2,химически связанная вода, выделяющаяся в процессе дегидратации гидратных форм соединений).

10

2. Состав и структура строительных материалов

Минералогический состав — это процентное содержание природных или искусственных соединений (минералов), что более полно характеризует материал и позволяет предопределить не только его физические и химические свойства, но и более специфические характеристики и технологические свойства [3].

Минералы — это природные или искусственные химические соединения, отличающиеся однородным составом и свойствами [3].

Например, горная порода гранит имеет наиболее благоприятный для строительного камня минеральный состав с высоким содержанием кварца (25–30 %), полевых шпатов (55–65 %) и небольшим количеством слюды (5–10 %).

Таблица 1

Химический состав некоторых строительных материалов и определяемые им характеристики

11

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Минеральный состав искусственных материалов более сложен, например портландцемент, преимущественно, состоит из клинкерных минералов. Алит 3CaO·SiO2 содержится в количестве 45–60 %, определяет скорость твердения и прочность затвердевшего портландцементного камня. Содержание белита 2CaO·SiO2 составляет 20–30 %, он медленно твердеет, но достигает высокой прочности при длительном твердении. Трехкальциевый алюминат 3CaO·Al2O3 является самым активным минералом с содержанием 4–12 %, быстро взаимодействует

сводой, но является причиной коррозии бетона. Четырехкаль-

циевый алюмоферрит 4CaO·Al2O3·Fe2O3 с содержанием до 10 % характеризуется умеренным тепловыделением, а по скорости

твердения занимает промежуточное положение между C3S и C2S. Изменяя соотношения минералов, можно варьировать в определенных пределах строительные характеристики портландцемента, проявляющиеся как в процессе смешивания

сводой, так и после затвердевания [5].

Фазовый состав — это характеристика строительного материала или сырья, определяемая совокупностью гомогенных (однородных) частей системы с одинаковыми свойствами и физическим строением, имеющих между собой границы раздела.

На микроуровне шлаков, керамики и других материалов, полученных высокотемпературной обработкой, можно различить разнородные группы кристаллов и стеклообразных соединений, разделенные границами раздела, которые характеризуются площадью контакта и предопределяют физико-хи- мические свойства веществ.

На макроуровне рассматривают три основные фазы: твердую, жидкую и газообразную.

Фазовый состав материала и фазовые переходы воды в его порах оказывают влияние на все свойства и поведение материала при эксплуатации. В материале выделяют твердые вещества

12

2. Состав и структура строительных материалов

стенок пор материала (каркас) и поры, заполненные воздухом и водой. При замерзании в порах воды наблюдается увеличение объема образовавшегося льда, что приводит к появлению внутренних напряжений, способных разрушить со временем материал, и изменению механических и теплофизических свойства материала.

Гранулометрический (зерновой) состав — процентное содержание в сыпучей смеси зерен либо гранул различных размеров и формы. Гранулометрия рассматривает как свойства отдельных зерен, так и характеристики смеси в целом. Каждое зерно можно охарактеризовать размером, формой, плотностью, химическим и минералогическим составом. В любой смеси имеются максимально крупные и минимально мелкие зерна, их содержание определяется ситовым анализом.

В зависимости от средней величины зерен сыпучие строительные смеси разделяют на несколько видов:

— мука — специально изготовленный продукт путем тонкого помола, например, известняковая мука из карбонатно-каль- циевых горных пород;

— пыль — вещества размером менее 0,16 мм, выделяемые при рассеве дробленых горных пород, песков или других сыпучих материалов;

— порошок — специально подготовленная сыпучая смесь определенного гранулометрического состава;

— песок — мелкозернистая сыпучая смесь зерен с размерами 0,16–5 мм;

— гравий — неорганический зернистый сыпучий материал с зернами округлой формы крупностью 5–120 мм;

— щебень — неорганический зернистый сыпучий материал с зернами неправильной формы и шероховатой поверхностью крупностью 5–140 мм;

— гравийно-песчаная смесь — сыпучая смесь, состоящая из песка и гравия;

13