Химические свойства

Химические свойства выражают степень активности материала к химическому взаимодействию с реагентами и способность сохранять постоянными состав и структуру материала в условиях инертной окружающей среды. Некоторые материалы склонны к самопроизвольным внутренним химическим изменениям в обычной среде. Ряд материалов проявляет активность при взаимодействии с кислотами, водой, щелочами, растворами, агрессивными газами и т. д. Химические превращения протекают также во время технологических процессов производства и применения материалов.

Химическая стойкость — свойство материалов противостоять разрушающему действию химических реагентов: кислот, щелочей, растворенных в воде солей и газов. Она зависит от состава и структуры материалов. Так, мрамор, известняки, цементный камень в строительных растворах и бетонах, в химическом составе которых преобладает оксид кальция (СаО), легко разрушаются кислотами, но стойки к действию щелочей. Силикатные материалы, содержащие в основном диоксид кремния (SiO₂), стойки к действию кислот, но взаимодействуют при повышенной и нормальной температуре со щелочами.

Изменение структуры материала под влиянием внешней агрессивной среды называют коррозией.

Коррозионная стойкость — свойство материала сопротивляться коррозионному воздействию среды. Распространенной и благоприятной средой для развития химической коррозии является вода (пресная и морская). Агрессивность воды зависит от степени ее минерализации, жесткости, щелочности или кислотности. Химически агрессивной средой является также воздух, содержащий пары оксидов азота, хлора, сероводорода и т. д.

Металлы и сплавы подвергаются коррозии под действием сред, не проводящих электрический ток, например некоторых газов при высокой температуре нефтепродуктов, содержащих органические кислоты. Такую коррозию металлов называют химической. Чаще металлы, в том числе стальная арматура железобетонных конструкций, корродируют в средах, проводящих электрический ток, — водных растворах солей, кислот, щелочей. В этом случае возникает электрохимическая коррозия.

Особым видом коррозии является биокоррозия — разрушение материалов под действием живых организмов — грибов, насекомых, растений, бактерий и микроорганизмов.

Растворимость — способность материала растворяться в воде, масле, бензине, скипидаре и других жидкостях-растворителях. Растворимость может быть и положительным, и отрицательным свойством. Например, если в процессе эксплуатации синтетический облицовочный материал разрушается под действием растворителя, растворимость материалов играет отрицательную роль.

При приготовлении холодных битумных мастик используется способность битумов растворяться в бензине. Это дает возможность наносить материал на поверхность тонким слоем, и поэтому растворимость в данном случае является положительным свойством.

Высокую кислотостойкость имеют керамические материалы — плитки, трубы, кирпич. Цементные бетоны, материалы из карбонатных горных пород активно разрушаются кислотами.

Дисперсность — характеристика размеров твердых частиц и капель жидкости. Многие строительные материалы (гипсовые вяжущие, цемент, глины, пигменты и т. п.) находятся в тонкоизмельченном (дисперсном) состоянии и обладают большой суммарной поверхностью частиц. Величина, характеризующая степень раздробленности материала и развитости его поверхности, называется удельной поверхностью — поверхность единицы объема (см²/см³) или массы (см²/г) материала.

Тиксотропия — способность пластично-вязких смесей обратимо восстанавливать свою структуру, разрушенную механическими воздействиями. Физическая основа тиксотропии — разрушение структурных связей внутри пластично-вязкого материала, при этом материал теряет структурную прочность и превращается в вязкую жидкость, а после прекращения механического воздействия материал обретает структурную прочность. Явление тиксотропии используют при виброуплотнении бетонных и растворных смесей, при нанесении мастичных и окрасочных составов шпателем или кистью и т. д. вызвать его разрушение (коррозию). Степень разрушения зависит от многих факторов и прежде всего от состава материала и его плотности. Коррозионную стойкость оценивают химическим анализом.

Гидрофильность и гидрофобность - характеристики взаимодействия поверхностей веществ (твёрдых тел) с молекулами воды.

Гидрофильные вещества интенсивно взаимодействуют с молекулами воды. Гидрофильность характеризуется величиной адсорбционной связи веществ с молекулами воды, образованием с ними неопределённых соединений и распределением количества воды по величинам энергии связи.

Гидрофильность и гидрофобность могут быть оценены, как и смачиваемость поверхности водой (в воздушной среде).

Гидрофильными являются вещества с полярными химическими связями: галогениды, оксиды и их гидраты, карбонаты, сульфаты, фосфаты, силикаты и алюмосиликаты (глины, стекла), а также клеточные мембраны. Чистые поверхности металлов, углерода, полупроводников, вещества, состоящие из слабо полярных молекул, листья растений, кожа животных, хитиновый покров насекомых гидрофобны.

Кислотостойкость и щелочестойкость - свойства материалов, характеризующие их способность противостоять разрушающему действию соответственно растворов - кислот или их смесей и водных растворов щелочей. Эти свойства определяются отношением (в %) массы измельченного материала, обработанного определенными растворами кислот или щелочей, к его массе до обработки.

Материалы, отличающиеся повышенной кислотостойкостью, -кислотостойкие материалы (углеродистые стаяли, чугуны, содержащие более 2,5% С, титан, гранит, каменное литье из диабаза и базальта, силикатное стекло, керамические материалы, шлакоситаллы, кислотостойкий бетон и др.) имеют неодинаковую степень стойкости к действию различных кислот. К щелочестойким материалам относятся специальные хромоникелевые стали, никелевые латуни, известняки, бетоны на основе портландского и глиноземистого цемента, содержащее окись бора стекло и др. Степень их стойкости к разрушающему действию растворов различных щелочей также не универсальна и требует конкретной оценки в зависимости от предполагаемой области применения на объектах промышленного и сельскохозяйственного строительства.

Важным свойством, характеризующим стойкость строительных и, в первую очередь, полимерных материалов, является их маслобензостойкость (топливостойкость) - способность этих материалов противостоять действию жидких углеводородных топлив. При контакте с углеводородами и маслами минерального происхождения многие полимеры, особенно резины, набухают; у резиновых материалов степень набухания может достигать нескольких сот процентов. Маслобензостойкость необходимо учитывать при выборе материалов для покрытия полов гаражей, станции технического обслуживания, некоторых промышленных зданий и т.п.

При выборе химически стойких материалов необходимо учитывать также свойства материалов противостоять действию растворов солей, газов и одновременному действию нескольких агентов в химически агрессивных средах.