14 СОТОК

Про Ваш будинок і все навколо

Основні властивості будівельних матеріалів

Загальні відомості

Кожен матеріал, вживаний в будівництві, володіє комплексом різноманітних властивостей, визначальним область його раціонального застосування і можливість поєднання з іншими матеріалами.

Основні властивості будівельних матеріалів (фізичні, механічні та хімічні) залежать від їх будови та хімічного складу. Залежно від хімічного складу всі матеріали ділять на три групи: органічні (деревина, бітум, пластмаси і т. п.), мінеральні (бетон, цемент, цегла, природний камінь і т. п.) і метали (сталь, чавун, алюміній ). Кожна з цих груп має свої особливості. Так, всі органічні матеріали горючі, а мінеральні, навпаки, - вогнестійкі, метали добре проводять електрику і теплоту. Не менше ніж хімічний склад, впливає на властивості матеріалу його будова. При одному і тому ж хімічному складі матеріали різної будови володіють різними властивостями. Наприклад, крейду і мармур - дві гірські породи, що складаються з карбонату кальцію СаСОз, але пористий пухкий крейда має низьку міцність і легко розмокає у воді, а щільний мармур міцний і стійкий до дії води.

Будова твердого тіла

Всяке речовина складається з великого числа мель'чай ших частинок-молекул. Кожна молекула, в свою чергу, складається з порівняно невеликого числа атомів. По взаємному розташуванню атомів або молекул тверді тіла поділяють на кристалічні та аморфні.

Кристалічними називаються тіла, в яких атоми і молекули розташовані у правильному геометричному порядку, а аморфними (стеклообразнимі) - в яких атоми і молекули розташовані безладно.

При переході речовини з рідкого стану в твердий (наприклад, при застиганні розплаву металу) або при випадінні твердої речовини в осад з насиченого розчину (наприклад, при твердінні гіпсу) атоми і молекули речовини прагнуть зайняти таке положення відносно один одного, щоб сили їх взаємодії виявилися максимально врівноважені. Тому їх положення щодо один одного виявляється цілком певним, фіксованим.

Такий геометрично правильний і повторюваний у просторі порядок розташування атомів (молекул) називають кристалічною решіткою (рис. 1).

Процес кристалізації не відбувається миттєво, а потребує певного часу. У деяких випадках (наприклад, при швидкому охолодженні розплавленого кварцу) може відбутися затвердіння без кристалізації із збереженням хаотичного розташування атомів. Так утворюється аморфна речовина - в нашому випадку кварцове скло.

Різниця в будові кристалічних і аморфних речовин визначає і відмінність у їх властивостях. Так, аморфні речовини, володіючи нерозтраченої внутрішньою енергією кристалізації, хімічно більш активні, ніж кристалічні такого ж складу. Наприклад, розплав доменного шлаку, використовуваний для отримання шлакових цементів, охолоджують за спеціальним прискореного режиму для отримання гранульованого шлаку стеклообразного будови, що володіє підвищеною хімічною активністю. Аморфне (стеклообразное) будову мають також гірські породи, застосовувані в якості активних мінеральних добавок до цементів (туфи, пемзи, діатоміти, трепели).

Інша істотна відмінність між аморфними і кристалічними речовинами полягає в тому, що кристалічні речовини при нагріванні до певної температури (температури плавлення) плавляться, а аморфні розм'якшуються і поступово переходять у рідкий стан.

Міцність аморфних речовин, як правило, нижче міцності кристалічних, тому для отримання матеріалів підвищеної міцності спеціально проводять кристалізацію стекол, наприклад при отриманні ситал-лов і Шлакоситалл - нових стеклокристаллических матеріалів.

Різні властивості можуть спостерігатися у кристалічних матеріалів одного і того ж складу, якщо вони кристалізуються в різних кристалічних формах. Ілюстрацією цьому служать дві кристалічні форми вуглецю: алмаз і графіт. Різка відмінність в їх властивостях пов'язано з різною будовою кристалів: атоми алмазу мають плотнейшую тетраедричних решітку (рис. 1, а), а атоми графіту розташовані як би шарами, причому відстань між шарами більше, ніж між сусідніми атомами в шарах (рис. 1, б). Така будова графіту надає йому м'якість і здатність розшаровуватися.

Основні властивості будівельних матеріалів

Рис. 1. Схематичне зображення кристалічної решітки алмаза (а) і графіту (б)

Зміною властивостей матеріалу шляхом зміни його кристалічної решітки користуються при термічній обробці металів (загартування або відпустці).

Не менший вплив на властивості матеріалу роблять його мікро-і макроструктура. Мікроструктура - будова матеріалу, видиме під мікроскопом, макроструктура - будова матеріалу, видиме неозброєним оком або при невеликому збільшенні. Більшість матеріалів у своєму складі, крім твердої речовини, мають повітряні включення - пори розміром від часток міліметра до сантиметра. Кількість, розмір і характер пір багато в чому визначають властивості матеріалу. Наприклад, пористе скло (піноскло) на відміну від звичайного непрозоре і дуже легке.

Форма і розмір часток твердої речовини, з якого складається матеріал, також впливають на властивості матеріалу. Так, якщо звичайне скло розплавити і з розплаву витягнути тонкі волокна, то вийде легка і м'яка скляна вата.

Залежно від форми і розміру часток і їх будови розрізняють зернисті, волокнисті і шаруваті матеріали. Зернисті матеріали бувають пухкими, що складаються з окремих не пов'язаних одне з іншим зерен (пісок, гравій), або конгломератного будови (зерна міцно з'єднані між собою). Приклад природного матеріалу конгломератного будови - граніт, який складається з зерен різних мінералів, міцно зрослися один з одним. До штучним матеріалам конгломератного будови відноситься бетон, в якому зерна щебеню і піску міцно з'єднані в моноліт цементним каменем.

Волокнисті і шаруваті матеріали, у яких волокна (шари) розташовані паралельно одне одному, володіють різними властивостями в різних напрямках. Це явище називається анізотропією, а матеріали, що володіють такими властивостями, - анізотропними. Приклад анізотропного матеріалу волокнистого будови-деревина. Деревина набухає поперек волокон в 10 ... 15 разів більше, ніж уздовж, а міцність деревини за різними напрямками зовсім різна.