1. Основы строительного материаловедения

Чтобы правильно использовать материал, а тем более создавать новый, изучают строение или структуру материала. Сначала изучают макроструктуру – то, что видно невооружённым глазом; затем, после изобретения микроскопа, стали изучать микроструктуру материалов; с помощью рентгеноструктурного анализа изучают внутреннее строение материала на молекулярно-ионном уровне; в последние годы разрабатываются нанотехнологии создания композиционных материалов на молекулярно-атомном уровне.

При изучении макроструктуры мы видим типы структур: конгломератная, ячеистая, волокнистая, слоистая, рыхлозернистая, плотная.

С помощью оптического увеличения уже можно изучать микроструктуру, различить кристаллическую и аморфную структуру. Кристаллическая структура более устойчива, более прочная, имеет определённую форму и температуру плавления. Кристаллы могут располагаться в одном направлении, и тогда этот материал называют анизотропным, т. е. его свойства в разных направлениях не одинаковы. Если кристаллы или волокна в структуре расположены хаотично, т. е. в разных направлениях, такой материал называют изотропным, его механические свойства одинаковы в разных направлениях.

Внутреннее строение вещества, его плотность, отсутствие дефектов в структуре определяют прочность, твёрдость, тугоплавкость материала. А это в свою очередь зависит от формы связи между элементарными частицами: ковалентная связь осуществляется электронной парой в кристаллах и является самой прочной; ионная связь – самая слабая. Вещества с ионной связью имеют невысокую прочность и твёрдость, они даже не водостойки.

При нагревании связи между молекулами могут разрушаться, вещество теряет свою структуру и, в зависимости от скорости охлаждения, приобретает опять кристаллическую или аморфную структуру. Так с помощью режима охлаждения расплава научились управлять структурой материала и его свойствами.

Кроме этого строительные материалы имеют определённый химический, минеральный и фазовый составы.

Химический состав выражают процентным содержанием окислов или отдельных элементов, минеральный состав показывает, в каких соединениях находятся химические элементы, как они связаны, какими свойствами обладают. Фазовый состав материала характеризуется одним из состояний, в котором может находиться вещество: газ, жидкость или твёрдое тело. В зависимости от меняющихся условий вещество может переходить из одного состояния в другое. Так, при повышении температуры жидкость переходит в пар или газообразное состояние, при охлаждении, наоборот, образуется конденсат или жидкость. При плавлении твёрдое вещество переходит в жидкость, при медленном остывании под большим давлением формируется плотная кристаллическая структура, при быстром охлаждении – аморфная или даже пористая структура.

Все твёрдые материалы, которые идут на изготовление строительных материалов, анализируют, перерабатывают по определённой технологии, изготавливают изделия и испытывают по стандартным методикам, с целью определения их физических, механических и деформационных свойств, а также определяют их долговечность и стойкость в окружающей среде.