avangard-pressa.ru

Состав и строение материалов - Материаловедение

Кафедра строительных материалов

Методические указания

Для выполнения лабораторнЫХ работ

И домашнего задания по теме «Основные свойства строительных материалов»

Для студентов направления 270800.62 «Строительство»

Москва 2011

Составители:

профессора, канд. техн. наук

Каддо М.Б., Попов К.Н., Пуляев С.М.

доцент, канд. техн. наук Пуляев И.С.

ВВЕДЕНИЕ

Каждый материал, используемый в строительстве, имеет различные свойства, определяющие область его рационального применения и возможность сочетания с другими материалами.

Свойства строительных материалов определяются их химическим составом и строением.

В зависимости от химического состава строительные материала принято делить на:

· органические (древесина, битум, пластмассы);

· минеральные (природный камень, бетон, керамика и т.п.);

· металлические (сталь, чугун, цветные металлы).

У каждой из этих групп материалов есть свои специфические свойства. Так, органические материалы не выдерживают высоких температур и горят; минеральные, напротив, хорошо противостоят действию огня, а металлы очень хорошо проводят электричество и теплоту.

Не меньше, чем химический состав, на свойства материала влияет его строение. При одном и том же химическом составе материалы различного строения обладают разными свойствами. Например, мел и мрамор – две горные породы, состоящие из карбоната кальция СаСО3, но пористый рыхлый мел имеет низкую прочность и легко размокает в воде, а плотный мрамор прочен и стоек к действию воды.

Исходя из условий работы материала в сооружении, строительные материалы можно разделить по назначению на две группы.

Первую группу составляют материалы универсального типа, пригодные для несущих конструкций: природные каменные материалы; искусственные каменные материалы: получаемые на основе вяжущих веществ без обжига (бетоны, строительные растворы); получаемые высокотемпературной обработкой минерального сырья (керамика, стекло, металлы); конструкционные пластмассы; лесные материалы и др.

Вторая группа объединяет строительные материалы специального назначения, необходимые для защиты конструкций от вредных влияний среды, а так же для повышения эксплуатационных свойств зданий и создания комфорта: теплоизоляционные материалы; акустические; гидроизоляционные, кровельные и герметизирующие; отделочные, антикоррозионные и др.

СОСТАВ И СТРОЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ

Строительный материал характеризуется химическим, минеральным и фазовым составами.

Химический состав строительных материалов позволяет судить о ряде свойств материала: огнестойкости, биостойкости, механических и других технических характеристиках. Химический состав неорганических веществ (цемента, извести и др.) и каменных материалов удобно выражать количеством содержащихся в них оксидов (%). Основные и кислотные оксиды связаны между собой и образуют минералы, которые и определяют многие свойства материала.

Минеральный состав,например, показывает, какие минералы и в каком количестве содержатся в вяжущем веществе или в каменном материале.

Фазовый состав материала (содержание воздуха, влаги или льда в порах) оказывает влияние на все свойства и поведение материала при эксплуатации. В материале выделяют твёрдый каркас, образующий стенки пор, и поры, заполненные воздухом или водой.

Строение материала изучают на трёх уровнях:

· макроструктура материала – строение, видимое невооружённым глазом;

· микроструктура материала – строение, видимое в оптический микроскоп;

· внутреннее строение веществ, составляющих материал, на молекулярном уровне, изучаемом методами рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии и т.п.

Макроструктура может быть следующих типов: конгломератная, ячеистая, мелкопористая, волокнистая, слоистая, рыхлозернистая (порошкообразная).

Конгломератная структура характерна для материалов, представляющих собой плотносоединённые (обычно с помощью какого-нибудь цементирующего вещества) отдельные зёрна, что характерно для некоторых видов природных, керамических материалов, бетона, композитов и др.

Ячеистая структура характеризуется наличием макропор, свойственных газо- и пенобетонам, ячеистым пластмассам.

Мелкопористая структура свойственна, например, керамическим материалам, поризованным способами высокого водозатворения и введения выгорающих добавок.

Волокнистая и слоистая структура характерна для материалов, состоящих из волокон (слоёв), расположенных параллельно одно к другому. Волокнистая структура присуща древесине, стеклопластикам, изделиям из минеральной ваты и др. Слоистая структура отчётливо выражена у рулонных, листовых, плитных материалов, в частности у пластмасс со слоистым наполнителем. Для волокнистых и слоистых материалов характерна анизотропия – наличие различных свойств в разных направлениях, поэтому их называют анизотропными.

Рыхлозернистая структура характерна для материалов, состоящих из отдельных, не связанных одно с другим зёрен (песок, гравий и др.).

Микроструктура веществ, составляющих материал, может быть кристаллическая и аморфная.

Кристаллическими называют тела, в которых атомы (или молекулы) расположены в правильном геометрическом порядке, причём этот общий порядок соблюдается как для атомов, расположенных в непосредственной близости друг от друга (ближний порядок), так и на значительном расстоянии (дальний порядок).

Аморфными называют тела, в которых только ближайшие друг к другу атомы находятся в более или менее упорядоченном расположении; дальний же порядок отсутствует.

Кристаллические и аморфные формы нередко являются лишь различными состояниями одного и того же вещества (например, кристаллический кварц и различные аморфные формы кремнезёма).

Неодинаковое строение кристаллических и аморфных веществ определяет и различие в их свойствах. Аморфные вещества, обладая нерастраченной внутренней энергией кристаллизации, химически более активны, чем кристаллические такого же состава. Существенное различие между аморфными и кристаллическими веществами состоит в том, что кристаллические вещества при нагревании имеют определённую температуру плавления, а аморфные – размягчаются и постепенно переходят в жидкое состояние. Прочность аморфных веществ, как правило, ниже кристаллических, поэтому для получения материалов повышенной прочности специально проводят кристаллизацию.

Внутреннее строение веществ, составляющих материал, определяет механическую прочность, твёрдость и другие важные свойства материала.