Связь строения, состава и свойств

Знание строения и состава строительного материала позволяет прогнозировать его свойства, и главное где и как использовать материал.

Строение материала изучают на трех уровнях: 1) макрострук­тура ма­териала - строение, видимое невооруженным глазом; 2) микроструктура ма­териала - строение видимое в оптический микроскоп; 3) внутреннее строе­ние веществ, составляющих мате­риал, на молекулярно-ионном уровне, изу­чаемом методами рентгенофазового анализа, электронной микроскопии и др.

Макроструктура строительных материалов может быть: конгломератная, ячеистая, мелкопорис­тая, волокнистая, слоистая, рыхлозернистая.

Искусственные конгломераты - это обширная группа, объе­диняющая, в основном, бетоны различного вида.

Ячеистая структура характеризуется наличием овальных макропор, свойственных ячеистым бетонам и пластмассам.

Мелкопористая структура свойственна керамиче­ским материалам, формуемым из смеси высокого водозатворения с введением выгорающих добавок.

Волокнистая структура присуща древесине, стеклопласти­кам, изделиям из минеральной ваты и др. Ее особенностью явля­ется резкое различие прочности, теплопроводности и других свойств вдоль и поперек волокон.

Слоистая структура отчетливо выражена у рулонных, лис­товых, плитных материалов, в частности у пластмасс со слоистым наполнителем (бумопласта, текстолита и др.).

Рыхлозернистая структура присущазернистым порошкообразным материалам типа: заполнители для бетона, тепло­изоляция, засыпки и др.

Микроструктура веществ, составляющих материал, может быть кристаллическая и аморфная. Кристаллическая фор­ма всегда более устойчива. Особенностью кристаллического вещества является опреде­ленная температура плавления.

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

Строительный материал характеризуется химическим, мине­ральным и фазовым составом.

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

Минеральный состав показывает, какие минералы и в каком количестве содержатся в мате­риале. Например, в портландцементе содержание трехкальциевого силиката (3CaO·SiO₂) составляет 45…60 %, причем при большем его количестве ускоряется твердение, повышается прочность це­ментного камня.

Фазовый состав указывает содержание в материале твер­дых, жидких и газообразных веществ. Твер­дые вещества, образуют стенки пор, т.е. "каркас" материала. Поры заполнены воздухом и водой. От их содержания и фазовых переходов воды зависят важнейшие эксплуатационные свойства материала.

Свойства материала определяются его составом и структурой. Поэтому всегда важно иметь четкие представ­ления о процессах формирования структуры и возникающих но­вообразований, что изучается на микро и молекулярно-ионном уровне с помощью специальных методов.

Петрографический метод используется для исследо­вания цементов, бетонов, стекла, огнеупоров, шлаков, керамики и т.д.

С помощью электронного микроскопа с увеличением до 300000 раз можно изучать: форму и размеры отдельных кристаллов; процес­сы роста и разрушения кристаллов; процессы диффузии; фазовые превращения при термической обработке и охлаждении; меха­низм деформации и разрушения.

Рентгенофазовый анализ используется для контроля сырья и готовой продукции, для наблюдения за ходом технологических процессов.

Дифференциально-термический анализ позволяет определить минеральный и фазовый состав материала.