Основные свойства

Состав и строение материалов оказывают решающее значение на свойства, поэтому в зависимости от химического состава принято выделять органические и неорганические вещества.

Органические вещества представляют собой соединения углерода с другими элементами. Можно считать, что все органические вещества ведут свое начало от продуктов фотосинтеза растений (глюкозы, крахмала и т.д.).

Среди строительных материалов из органических веществ чаще всего применяется древесина и битум. В XX в. появились и быстро завоевали прочные позиции полимерные материалы, синтезируемые из продуктов переработки нефти, угля и т.п.

СМ на основе органических веществв имеют серьезные недостатки:

1) при температурах выше 200-300⁰С большинство органических соединений горит (горение – это процесс окисления, протекающий очень быстро и сопровождается концентрированным выделением теплоты);

2) при развитии на органических материалах грибов или микроорганизмов происходит гниение – ферментативное окисление этих материалов.

Принципиально сущность процесса горения и гниения одна и та же – это окисление, но протекающее с разной скоростью и при разных температурах.

Из сказанного можно заключить, что долговечность органических материалов невелика. Однако многие положительные свойства органических материалов (невысокая плотность, относительно высокая прочность, легкость обработки и др.) с давних пор привлекали и привлекают до сих пор к ним внимание строителей.

Неорганические (минеральные) вещества, применяемые в строительстве (керамика, природный камень и др.), представляют собой соединения уже окисленных химических элементов. Например, песок – оксид кремния SiO₂; глина – водный алюмосиликат Al₂O₃ nSiO₂ mH₂O; стекло – вещество, состоящее из оксида кремния, оксида натрия, оксида кальция и некоторых других оксидов. Будучи уже в окисленном состоянии, они не способны окисляться, т.е. гнить и гореть. В этом отношении они устойчивее (долговечнее) органических веществ. Однако их переработка в изделия, как правило, более трудоемка и энергоемка, чем переработка органических материалов.

Знание строения СМ необходимо для понимания его свойств и для решения практического вопроса (где и как применять материал, чтобы получить наибольший технико-экономический эффект. Под структурой материала подразумевают взаимное расположение, форму и размер частиц материала, наличие пор, их размер и характер. Структура материала не в меньшей степени, чем состав, влияют на его свойства.

Строение материала изучают по 3-м уровням:

• макроструктура – строение материала, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении,
• микроструктура– строение материала, видимое только под микроскопом;
• внутреннее строение веществ (внутренне строение веществ, основы материала на молекулярно-ионном уровне, которое изучается электронно-микроскопическим, рентгено-структурным анализом,).

Поры – один из важнейших элементов структуры большинства строительных материалов – представляют собой воздушные ячейки в материале размером от долей микрона до сантиметра. Количество, размер и характер пор (замкнутые или сообщающиеся) во много определяют свойства материала. Например, пористое стекло (пеностекло) в отличие от обычного непрозрачное, легкое (плавает в воде) и может распиливаться обычной пилой.

Крупные поры размером более 5 мм и полости между частицами зернистых материалов (песка, гравия и др.) называют пустотами.

Форма и размер частиц твердого вещества, из которого состоит материал, также влияют на свойства материала. Так, из хрупкого стекла можно получить тончайшие гибкие волокна, из которых изготавливают стеклоткань.

В зависимости от формы и размера частиц и их строения различают: зернистые, волокнистые и слоистые материалы.

Кристаллические и аморфные тела. Все вещества состоят из мельчайших частиц – атомов и молекул. В зависимости от степени упорядоченности расположения атомов (или молекул) твердых веществ различают кристаллические и аморфные (стеклообразные) тела.

Кристаллическими называют тела, в которых атомы (или молекулы) расположены в правильном геометрическом порядке, причем 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.

Истинная плотность определяется, при установлении объема, занимаемого образцом без пор, имеющихся в материале в его природном состоянии. Для этого пористые материалы предварительно тонко измельчают, а затем определяют объем, занимаемый этим порошком, методом вытеснения воды.