Склад, будова і структура матеріалів

Основні властивості будівельних матеріалів залежать від їх хімічного складу і будови. Залежно від хімічного складу будівельні матеріали прийнято ділити на:

· Органічні - з'єднання вуглецю з іншими елементами (деревина, бітум, пластмаси);

· Мінеральні - з'єднання вже окислених хімічних елементів (природний камінь, бетон, кераміка тощо);

· Металеві (сталь, чавун, кольорові метали).

У кожної з цих груп матеріалів є свої специфічні властивості. Так, органічні матеріали не витримують високих температур і горять; металеві добре проводять електрику і теплоту, але схильні до корозії; мінеральні не горять і не гниють, але трудомісткі і енергоємні у виготовленні і переробці.

Чи не менше, ніж хімічний склад, на властивості матеріалу впливає його будова. При одному і тому ж хімічному складі матеріали різної будови мають різні властивості.

Під структурою матеріалу на увазі взаємне розташування, форму і розмір часток матеріалу, наявність пір, їх розмір і характер. Структура також як і склад впливає на властивості матеріалу. Розрізняють мікроструктуру - будова матеріалу, видиме під мікроскопом, і макроструктуру - будова, видиме неозброєним оком або при невеликому збільшенні.

Один з найважливіших елементів структури більшості будівельних матеріалів - пори - повітряні осередки в матеріалі розміром від часток мікрона до сантиметра. Кількість, розмір і характер пір (замкнуті або сполучені) багато в чому визначають властивості матеріалів.

Великі пори розміром більше 5 мм і порожнини між частинками зернистих матеріалів (піску, гравію та ін.) Називають постатями.

Залежно від складу матеріалів їх мікроструктура може бути аморфною, кристалічною і нестабільної (в'язкої, пластичної). Кристалічна структура буває крупнокристаллической і мелкокристаллической. Форма і розміри кристалів, а також взаємне розташування кристалів дуже впливають на властивості матеріалів, до складу яких вони входять.

Залежно від форми, розміру часток і їх будови розрізняють: зернисті, волокнисті і шаруваті матеріали.

Залежно від технології отримання матеріалів їх макроструктура може бути:

· Штучної ячеистой (пеносіліката),

· Пухко зернистої (пісок, щебінь, гравій).

Серед матеріалів злитого будови виділяють конгломерати і композити.

Конгломерати - матеріали, що представляють собою щільно з'єднані окремі зерна зазвичай за допомогою якого-небудь цементуючого речовини. Типові конгломерати бетон і розчин.

Композити - матеріали з організованою структурою. У композитах розрізняють компонент, який утворює безперервну фазу, звану матрицею (сполучна) і зміцнюючий компонент, розподілене в матриці. Наприклад, штучні композити - склопластик, залізобетон, азбестоцемент; природні - деревина.

Волокнисті і шаруваті матеріали, у яких волокна (шари) розташовані паралельно один одному, мають різні властивості в різних напрямках. Це явище називається анізотропією. а матеріали, що володіють такими властивостями, - анізотропними (деревина).

Форма і розмір частинок твердої речовини, з якого складається матеріал, також впливають на властивості матеріалу. Так, з крихкого скла можна отримати найтонші гнучкі волокна, з яких виготовляють скляну тканину.

Склад і структура матеріалів визначають їх властивості. Ці властивості змінюються в часі в результаті впливу середовища, в якій експлуатується виріб або конструкція. Зміни складу і властивостей матеріалів можуть відбуватися повільно і відносно швидко.

Структурні характеристики і властивості будівельних матеріалів прийнято ділити на основні, однаково важливі для всіх будівельних матеріалів (щільність, пористість, міцність), і спеціальні, що дозволяють оцінювати можливість застосування даного матеріалу для певних цілей (водонепроникність, вогнетривкість).

Будівельний матеріал характеризується хімічним, мінералогічним і фазовим складом.

Хімічний склад будівельних матеріалів дозволяє судити про ряд властивостей матеріалу: вогнестійкості, биостойкости, механічних та інших експлуатаційно-технічних характеристиках. Хімічний склад неорганічних речовин (цементу, вапна та ін.) І кам'яних матеріалів прийнято виражати кількістю містяться в них оксидів (%). Основні і кислотні оксиди хімічно пов'язані між собою і утворюють мінерали, які визначають багато властивостей матеріалу.

Мінеральний склад показує, які мінерали і в якій кількості містяться в в'язкому речовині або кам'яному матеріалі.

Фазовий склад матеріалу і фазові переходи води, що знаходяться в його порах, впливають на всі властивості і поведінку матеріалу при експлуатації. У матеріалі виділяють тверді речовини, що утворюють стінки пір, тобто «каркас» матеріалу, і пори, заповнені повітрям і водою.

По впливу на матеріали їх структурні характеристики і властивості класифікують наступним чином:

¾структурние характеристики і параметри стану - щільність, пористість, вологість і ін .;

¾фізіческіе властивості, що визначають ставлення матеріалу до різних фізичних процесів і впливів (водопоглинання, морозостійкість і т.п.);

¾механіческіе властивості, що визначають ставлення матеріалу до деформуючого і руйнівній дії механічних навантажень (міцність, твердість, знос і ін.);

¾хіміческіе і біологічні властивості, що характеризують здатність матеріалу до хімічних перетворень і стійкість до хімічної корозії;

¾долговечность - комплексний показник, пов'язаний зі зміною найголовніших експлуатаційних властивостей матеріалів в часі;

¾две додаткові групи: технологічні та естетичні.

Питання для самоконтролю

1. Які складові частини можна виділити в композиційних матеріалах? Наведіть приклади таких матеріалів та їх складових частин.

2. Чому аморфні речовини в хімічному відношенні більш активні, ніж кристалічні, і за яких умов речовина набуває ту чи іншу структуру?