Материал: Доманская. Строительные материалы и изделия. Учебное пособие

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

— зерно — отдельная частица материала определенных формы и размеров;

— гранула — искусственно полученное зерно округлой формы.

Сыпучую смесь характеризуют зерновым или фракционным составом, удельной поверхностью, сыпучестью, насыпной плотностью и пустотностью.

Зерновой состав — это процентное содержание зерен практически любых размеров, а также описание формы зерен.

Для удобства описания и унификации зерна по размерам подразделяют на группы (фракции).

Фракционный состав — это процентное содержание в сыпучем материале стандартных для него фракций. Фракционный состав характеризуется граничными размерами фракций и их содержанием. Например, фракционный состав щебня: фракция 5–10 мм — 20 %, 10–20 мм — 40 %; 20–40 мм — 40 %.

Помимо состава материала важной его характеристикой является строение или структура.

Структура — это взаимное расположение, форма и размеры однородных компонентов и фаз, из которых состоит материал, а также наличие пор, их размер и характер. Структуру материалов изучают на трех уровнях: макроструктура, микроструктура и внутреннее строение вещества.

Макроструктура — это наблюдаемая невооруженным глазом или под небольшим увеличением структура материала, которая обусловлена взаимным расположением разнородных компонентов материала, их соотношением, размером элементов

ихарактером макропор или макродефектов.

Встроительных материалах всегда имеются неоднородности и дефекты структуры (поры, трещины), в значительной степени ухудшающие свойства материалов. В целом структура материала всегда обусловливает его свойства. Большинство свойств материалов определяют количество, размер и характер

14

2. Состав и структура строительных материалов

пор: пористое стекло (пеностекло), в отличие от обычного, непрозрачное и очень легкое. При увеличении пористости материала плотность и прочностные характеристики снижаются, а теплоизоляционные свойства в сухом состоянии улучшаются. Во влажном состоянии вода в порах замерзает с образованием льда и вызывает в нем большие внутренние напряжения вследствие увеличения объема, что приводит к изменению теплотехнических, механических свойства материала и долговечности.

Форма и размер частиц твердого вещества также влияют на свойства материала.

Существует несколько принципиально отличающихся видов макроструктуры твердых строительных материалов [10].

1. Конгломератную структуру имеют материалы, в которых зерна прочно скреплены прослойками вяжущего вещества и при этом отличаются внешним видом, цветом и техническими свойствами. Примером природного материала конгломератного строения может служить гранит, состоящий из зерен прочно сросшихся друг с другом различных минералов, а искусственного материала — бетон, состоящий из зерен песка и щебня, прочно соединенных в монолит затвердевшим вяжущим. Структура строительного конгломерата составляет цельную неделимую систему, без разрушения которой невозможно выделить какие–либо структурные элементы.

2. В ячеистой (мелкопористой) структуре присутствует большое количество макро– и микропор, свойственных ячеистым бетонам, пеностеклу, пластмассам, некоторым керамическим и другим теплоизоляционным материалам. В материале с ячеистой структурой наиболее сильно различаются свойства структурных элементов, например, твердый материал стенок от заполненных воздухом или водой пор.

3. Волокнистую структуру имеют материалы, обладающие анизотропией свойств (различными вдоль и поперек) за счет

15

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

волокон, расположенных параллельно друг другу. Волокнистая структура присуща древесине, изделиям из минеральной ваты.

4. Материалы со слоистой структурой также обладают анизотропией, но за счет расположенных параллельно друг другу слоев материала (в отличие от слоистых веществ). К ним относятся рулонные, листовые, плитные материалы со слоистым наполнителем (бумопласт, текстолит).

5. Материалы рыхлозернистой структуры состоят из отдельных, не связанных друг с другом зерен (песок, щебень, цемент).

Кроме этого, применительно ко всем видам макроструктур различают неоптимальные, оптимальные и рациональные структуры.

Оптимальную структуру характеризуют равномерным распределением частиц компонентов материала по объему при отсутствии (или малом объеме) дефектов, выступающих концентраторами напряжений и аккумуляторами агрессивной среды.

Для композитных матричных материалов характерна непрерывная пространственная сетка вяжущего вещества. Для этой разновидности структуры характерны улучшенные показатели качества материала, обусловленные оптимальной (повышенной/пониженной) плотностью, варьируемой объемом пор, и минимальным содержанием жидкой фазы при повышенной концентрации твердой (кристаллической или аморфной). Достоинством оптимальных структур является их сходство, следовательно, закономерности взаимосвязи характеристик материала, выявленные в одном случае, могут быть применены на других таких же материалах.

Неоптимальную структуру характеризует отсутствие как минимум одного из условий оптимальной структуры.

К рациональным относятся оптимальные структуры, в полной мере соответствующие заданным показателям качества в реальных условиях промышленного серийного производст-

16

2. Состав и структура строительных материалов

ва. При этом важным экономическим фактором являются условия получения рациональной структуры.

Микроструктура — это наблюдаемая под большим увеличением (оптический или электронный микроскоп) структура, обусловленная характером исходных минералов с присущими им микропорами и микродефектами, образованными в момент структурообразования (получения данного материала). Микроструктура определяет строение материалов (кристаллическое или аморфное) и их химическую активность.

Аморфные вещества характеризуются изотропностью (равномерность свойств во всех направлениях) и большей химической активностью. Они при нагревании размягчаются, постепенно переходя в жидкое состояние без четко выраженной температуры плавления.

Кристаллические вещества анизотропны, имеют определенную геометрическую форму и повышенную прочность, а при нагревании определенную температуру плавления (при постоянном давлении). Поэтому для получения повышенной прочности материалов проводят их частичную или полную кристаллизацию.

Внутреннее строение вещества изучают на молекулярно-ион- ном уровне с использованием современных физико-химиче- ских методов анализа: рентгеноструктурного (РСА), рентгенофазового (РФА), дифференциально-термического (ДТА) анализов, электронной микроскопии. Внутреннее строение вещества определяет его механические свойства, прочность, тугоплавкость, обусловленные взаимным расположением и расстоянием атомов, молекул, ионов, характером связи (ковалентная, ионная, Ван-дер-Ваальсовая, межмолекулярные), сил сцепления и структурой кристаллической решетки.

17

3. СВОЙСТВА

СТРОИТЕЛЬНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Качество — это совокупность свойств строительного материала, определяющая его способность удовлетворять требованиям потребителя в соответствии с его назначением.

Свойство — это способность строительного материала ка- ким–либо определенным образом реагировать на воздействие различных факторов и измеряемое в числовых значениях принятых физических единиц. Все свойства строительных материалов и изделий подразделяют на несколько групп.

Физические свойства подразделяют на структурные характеристики (средняя, насыпная и истинная плотности, пористость), гидрофизические, проявляющиеся при взаимодействии с водой (влажность, водопоглощение, водо- и паропроницаемасть), и теплофизические свойства, выявляемые при воздействии различных видов передачи тепловой энергии (теплопроводность и огнеупорность).

К химическим свойствам относят способность материалов сопротивляться воздействию химически агрессивной среды, вызывающему в них реакции, способствующие разрушению материала или изменению его строительно-технических характеристик. К химическим свойствам обычно относят коррозионную, биологическую, радиационную стойкости.

18