3. Состав строительных материалов и способы его выражения

По химическому составу материалы можно разделить на три большие группы;

• каменные материалы (природные камни, кирпич, бетон, стекло и др.);

• металлические материалы (прокатные и гнутые профили, арматура, листовой металл, металлические изделия, крепеж и др.);

• органические материалы (древесина, битум, полимеры).

Конечно, с точки зрения химии камни и металлы можно назвать неорганическими материалами. Но различие в свойствах у них весьма велико. Сходство всех неорганических материалов лишь в том, что они не горят. Органические материалы не выдерживают высокой температуры, сгорают.

Многие безобжиговые материалы состоят из минеральной (неорганической) и органической части. При этом могут быть материалы с органическим заполнителем и минеральным вяжущим (например, фибролит) или, наоборот, – с минеральным заполнителем и органическим вяжущим (например, асфальтобетон).

Количественно состав строительных материалов может быть выражен разными способами

Сырьевой (технологический) состав материала указывает исходные (сырьевые) материалы, из которых изготовлен данный материал, содержание составных частей в относительных единицах (в процентах по массе или объему, в кг/м³ и т.п.). Этот способ выражения удобен для безобжиговых материалов на вяжущих. (Пример, состав бетона). Для материалов, которые в процессе получения подвергаются действию высокой температуры этот способ выражения состава применять нельзя, потому что исходные материалы вступают в химические реакции, в готовом продукте сырьевые материалы отсутствуют.

Химический состав материала может задаваться в одном из трех вариантов:

• элементный (говорят также «элементарный») состав выражается процентным содержанием химических элементов в данном материале (этот способ выражения всегда применяется для металлов и часто для органических материалов);

• минеральный состав неорганических (обжиговых или природных камней) выражается содержанием оксидов в материале, при этом указанные оксиды находятся чаще всего не в свободном, а в связанном состоянии (например, минерал ангидрит CaSO₄ может быть представлен как CaO.SO₃, при этом считают процентное содержание в нем оксидов CaO и SO₃);

• вещественный состав материала показывает, какие химические соединения (вещества) входят в его состав; этот способ выражения применяется как для органических, так и каменных неорганических материалов.

Фазовый состав характеризует число фаз, т.е число однородных частей в неоднородном материале. Число твердых фаз соответствует числу типов кристаллов и аморфных образований. Поры в материале являются газовой фазой. Жидкой фазой является вода в порах, которая при низких температурах образует твердую фазу – лед. Поры обычно оказывают большое влияние на все свойства материала, поэтому содержание их (пористость в долях или в % к объему материала) – важная характеристика материала.

4. Структура строительных материалов

_{СТРУКТУРА - строение, внутреннее устройство материала, которое можно изобразить наглядно на основании прямых наблюдений или косвенных данных. Описать структуру - это значит указать размеры и форму элементов (агрегатов), составляющих материал, и их взаимное расположение}

_{Структура - одна из основных характеристик материала. Почти все его свойства зависят от структуры. Структура в большей степени, чем химический состав, определяет особенности материала. Одному и тому же химическому составу может соответствовать несколько материалов разной структуры. Например, кварцевое стекло, кварцевый песок, кварцит, песчаник, вулканический пепел, диатомит, трепел, опока и даже легкий пористый поглотитель влаги, называемый силикагелем, - все эти материалы имеют в своем составе одно и то же основное химическое вещество - оксид кремния, или кремнезем. Различия во внешнем виде и свойствах перечисленных материалов обусловлены, прежде всего, их разной структурой.}

_{В зависимости от размера элементов различают макро-, микро - и ультрамикроструктуру материалов.}

_{МАКРОСТРУКТУРА характеризует строение материала, видимое простым глазом. Элементами структуры при этом могут быть крупные кристаллы, частицы неправильной формы, волокна, листы, видимые поры (макропоры). Размеры структурных элементов от 0,1 мм и более.}

_{Знакомство с материалом начинается с наблюдения его макроструктуры. Макроструктуру часто указывают с помощью прилагательного перед словом "материал" или его названием. Например, выражения "зернистый материал", "волокнистый материал", "пористый кирпич" - содержат характеристику макроструктуры. По макроструктуре, т.е. по внешнему виду материала, можно дать первичное заключение о его свойствах. Так, пористые материалы имеют повышенную теплоизоляционную способность, жесткие волокнистые - хорошо сопротивляются изгибающим усилиям и т.д.}

_{Макроструктура оказывает сильное влияние на механические свойства, в частности, на прочность и деформативность материалов.}

_{МИКРОСТРУКТУРА - строение материала, видимое в оптический микроскоп. Структурные элементы - микрокристаллы, микрочастицы, микроволокна, микроскопические капли жидкости, микропоры - имеют размеры 0,1 - 0,001 мм (100... 1 мкм). Наименьший размер частиц ограничен разрешающей способностью оптического микроскопа.}

_{УЛЬТРАМИКРОСТРУКТУРА (коллоидная структура) характеризует строение материала на уровне частиц, имеющих размеры, характерные для коллоидных систем - 0,1... 0,001 мкм. Элементы ультрамикроструктуры - зародыши кристаллов, коллоидные частицы, поры в пределах указанных размеров, молекулы полимеров. Ультрамикроструктура (коллоидная структура) изучается с помощью ультрамикроскопа, электронного микроскопа и другими методами, принятыми в коллоидной химии.}

_{Из характеристики типов структур в материалах видно, что поры являются не только элементами фазового состава, но и элементами структуры материала. Как структурные элементы поры характеризуются размером, формой, распределением объема пор по размерам, открытостью или замкнутостью, взаимосвязью между собой.}

_{ПРИНЦИП ПОЛИСТРУКТУРНОСТИ, предложенный В.И.Соломатовым, рассматривает структуру строительного материала как "структуру в структуре". Например, визуально однородная среда в макроструктуре под микроскопом оказывается сложным структурным образованием. Частица микроструктуры может состоять из множества коллоидных частиц. Для практических целей часто достаточно рассматривать два структурных уровня: макроструктуру и микроструктуру. Есть материалы, имеющие моноструктуру. Например, обычные металлы имеют только поликристаллическую микроструктуру.}

_{Кроме перечисленных видов структуры, все материалы имеют ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ на уровне атомов, молекул, ионов. Его изучением занимается физика и химия. Вопросы внутреннего строения некоторых материалов (стекло) и некоторых минералов (силикаты) рассматриваются в нашем курсе и в курсе строительного материаловедения.}