40

1. Основные понятия строительного материаловедения. Общие свойства строительных материалов

1. Состав и строение материалов. Понятие о композиционных материалах

Для прогнозирования свойств строительных материалов прежде всего необходимо знать их химический, минеральный состав и структуру. Химический состав строительных материалов позволяет судить о прочности, огнестойкости, биостойкости и других свойствах материалов. Химический состав неорганических вяжущих материалов (гипса, извести, цемента и др.) и естественных каменных материалов, как правило, выражают содержанием (в %) в них оксидов. Основные и кислотные оксиды химически связаны и образуют минералы, которые характеризуют многие свойства материала. Минеральный состав показывает, какие минералы и в каком количестве содержатся в природном каменном материале или минеральном вяжущем. Например, известняк состоит из одного минерала - кальцита, а гранит — из нескольких минералов. Фазовый состав и фазовые переходы воды, находящиейся в порах материала, влияют на его свойства. В материале выделяют твердые вещества, образующие стенки пор, т. е. "каркас", и поры, наполненные воздухом или водой. Изменение содержания воды и ее состояния меняет свойства материала. Так, вода, замерзая в порах материала и увеличиваясь в объеме, вызывает в материале внутренние напряжения, которые могут привести к его разрушению.

Структура строительного материала характеризует внутреннее строение материала (взаимное расположение, форму и размер частиц материала, наличие пор, их размер и характер). Сложна, поэтому для ее изучения используют разнообразные методы. По методам изучения различают макроструктуру - строение, видимое невооруженным глазом; микроструктуру - строение материала, видимое в микроскоп; ультрамикроструктуру - внутреннее строение вещества, составляющего материала, изучаемого методами электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа. Макроструктура твердых строительных материалов подразделяется на следующие виды: конгломератную, ячеистую, мелкопористую, волокнистую, слоистую и рыхлозернистую. Микроструктура строительных материалов может быть кристаллическая и аморфная Кристаллическими называют тела, в которых атомы (или молекулы) расположены в правильном геометрическом порядке, причем этот общий порядок соблюдается как для атомов, расположенных в непосредственной близости друг от друга, так и на значительном расстоянии (дальний порядок). Поры — один из важнейших элементов структуры материалов —воздушные ячейки размером от долей микрона до сантиметра. Количество, размер и характер пор (замкнутые или сообщающиеся) определяют свойства материала. Крупные поры размером более 1 см и полости между частицами зернистых материалов (песка, гравия и др.) называют пустотами. Аморфными называют тела, в которых только ближайшие друг к другу атомы находятся в упорядоченном расположении; дальний же порядок отсутствует. Геометрически правильный и повторяющийся в пространстве порядок расположения атомов (молекул) называют кристаллической решеткой. Аморфные вещества химически более активны, чем кристаллические вещества. Кристаллические вещества при нагревании до определенной температуры (температуры плавления) плавятся, а аморфные размягчаются и постепенно переходят в жидкое состояние (у них отсутствует температура плавления). Прочность аморфных веществ, как правило, ниже прочности кристаллических

Композицио́нныйматериа́л (компози́т, КМ) — искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с четкой границей раздела между ними. Композит можно разделить на матрицу и включенные в нее армирующие элементы (чаще –волокна). Армирующие элементы обычно обеспечивают необходимые механические характеристики материала (прочность, жесткость и т.д.), а матрица (или связующее) обеспечивает совместную работу армирующих элементов и защиту их от механических повреждений и агрессивной химической среды.

Свойства композиции определяется соотношением свойств армирующих элементов и матрицы, а также прочностью связи между ними. Эффективность и работоспособность материала зависят от правильного выбора исходных ком­понентов и технологии их совмещения, призванной обеспечить прочную связь между компонентами при сохранении их первоначальных характеристик.

В результате совмещения армирующих элементов и матрицы образуется комплекс свойств композиции, не только отражающий исходные характеристики его компонентов, но и включающий свойства, которыми изолированные компоненты не обладают.