Раздел 1, Строительное материаловедение 1 страница

ПРЕДИСЛОВИЕ

В соответствии с новым Государственным стандартом в цикл общепрофессиональных дисциплин введены две дисциплины «Ма­териаловедение» и «Технология конструкционных материалов» вме­сто ранее существовавшей «Строительные материалы и изделия». Это произошло по причине включения специальностей строительно­го направления в число специальностей машиностроительного про­филя. Как известно, в машиностроении основным материалом явля­ется металл; в строительстве перечень применяемых материалов чрезвычайно разнообразен, это: металл, бетон и железобетон, кера­мика, древесина, пластмассы, стекло и др. Кроме того применяются материалы функционального назначения: тепло-, гидроизоляцион­ные, акустические, отделочные, антикоррозийные которые никак не подходят к указанным дисциплинам.

Дисциплина «Строительные материалы» для подготовки ин­женеров-строителей преподается более ста лет. За прошедший век в России было издано 25 оригинальных учебников по общему курсу «Строительные материалы», с таким же названием выходят научно- технические журналы, справочники, действуют ученые советы по присуждению ученых степеней и т.д.

Теперь в связи с новым Госстандартом строительных мате­риалов как бы не будет, хотя подготовка инженеров-строителей по сути осталась прежней и как бы не называлась дисциплина, строи­тельные материалы будут преподаваться. В связи с указанным третье издание учебника называется «Строительные материалы» (Материаловедение и Технология).

Курс «Строительные материалы» в учебном плане подготов­ки строителей является одной из первых инженерных дисциплин, которая создает необходимую базу для изучения других: строитель­ные конструкции, технология строительного производства, эконо­мика и организация строительства, архитектура и др. Поэтому роль и значение материалов рассматриваются в неразрывной связи с их работой и поведением в изделиях и конструкциях зданий и соору­жений за длительный период эксплуатации в реальных условиях.

Текст учебника составлен из трех разделов: I - Строительное материаловедение, II - Технология строительных материалов и из­делий, III - Строительные материалы в конструкциях зданий и со­оружений. Это связано с внедрением разных видов подготовки спе­циалистов, что дает возможность отбора теоретических и практиче­ских положений по важнейшим материалам (для каждого вида обра­зования).

В методическом плане учебник построен таким образом, чтобы на основе элементов теории композиционных материалов показать, что большинство традиционных природных и искусственных мате­риалов по своей структуре можно отнести к композитам и дальней­шее создание новых материалов для строительства с улучшенными физико-механическими свойствами возможно с использованием этой теории, что доказывается, созданием современных композитов для других областей техники, как например, ракето- и самолето­строение и др.

Классифицируются строительные материалы по роду сырья, из которого производятся материалы, общности технологического процесса их изготовления, функциональному назначению и облас­тям применения и др. В той или иной степени эти классификации представлены в учебнике по принципу того, что объединяет строи­тельные материалы.

По тексту дается информация о зарубежном опыте. Ввиду не­большого объема учебника после каждой главы рекомендуется до­полнительная техническая литература для углубленного изучения отдельных положений. Поставлены основные вопросы для самокон­троля и осмысления проработанного материала.

Текст изложен в соответствии с мировой тенденцией развития строительных материалов и акцент делается не на те или иные на­правления, выдвинутые конъюнктурными соображениями, а на те, что способствуют рентабельности и прогрессу строительной техники.

С учетом становления частного предпринимательства, создания малых предприятий, в учебнике представлены местные строитель­ные материалы, которые могут быть эффективно применены при малоэтажном строительстве жилья, городских и сельских предпри­ятий, фермерских хозяйств.

Рассматриваются некоторые экологические аспекты производст­ва и применения строительных материалов.

Учебник создан межвузовским коллективом профессоров: В.Г. Микульским, Г.И. Горчаковым, В.В. Козловым, Л.П. Орент- лихер. Г.П. Сахаровым (Московский государственный строитель­ный университет), В.Н, Куприяновым, Р.З. Рахимовым (Казанская государственная архитектурно-строительная академия), В.М. Хру- левым (Новосибирский государственный архитектурно- строительный университет).

Авторы выражают благодарность и глубокую признательность за помощь в издании учебника члену правления объединенной между­народной группы «Кнауф» д-ру Хайнеру Гамму, за полезные заме­чания по содержанию учебника чл.-кор. РАН д.т.н. проф. Б.В. Гусе­ву, проф. В.Е. Байеру (МАРХИ).

ВВЕДЕНИЕ

Значение курса " Строительные материалы" в общей подготовке строителей важно потому, что ни одно сооружение нельзя правильно спроектировать, построить и эксплуатировать без наличия соответст­вующих строительных материалов и всестороннего знания их свойств.

Стоимость материалов в общих затратах на строительство состав­ляет не менее половины, для уникальных зданий и сооружений может быть и больше. Промышленность строительных материалов является наиболее емкой, ежегодно в стране перерабатывается для этих целей более млрд. т различных компонентов. Грузовой железнодорожный транспорт примерно на четверть загружен перевозкой строительных материалов, речной - более чем на половину. Стоимость строитель­ных материалов зависит от затрат на их перевозку. При транспорти­ровании материалов на большие расстояния, учитывая размеры Рос­сии, стоимость может возрасти в несколько раз. Для экономии стои­мости строительства следует использовать материалы, производимые вблизи строящегося объекта. Целесообразно и промышленность строительных материалов организовать как можно ближе к сырьевой базе. Тем самым максимально используя, как принято говорить, ме­стные строительные материалы. Стоимость строительных материалов включает различные факторы, но все должно приводиться к рента­бельности и конкурентоспособности. Сюда можно отнести и качество изделий, долговечность их работы, теплоэнергетические затраты на производство, возможность переработки отходов и даже экологиче­ские аспекты, которые в конечном итоге сказываются на экономике производства, региона, страны в целом Если все не предусматривать, то первоначальная небольшая стоимость материала может во време­ни обернуться значительными расходами на ремонт, реконструкцию, восстановление окружающей среды и т.п.

Все материалы и изделия соответствуют определенной госу­дарственной стандартизации (ГОСТ), разрабатываемой на основе но­вейших достижений науки и техники. В каждом стандарте имеются: точное определение материала, классификация по маркам и сортам, технические условия на изготовление, методы испытаний, условия хранения и транспортирования. ГОСТ является документом, имею­щим силу закона. В обозначении ГОСТа первое число означает по­рядковый номер стандарта, второй - год его утверждения.

Кроме стандартов действует система нормативных документов, объединенная в Строительные нормы и правила (СНиП). СНиП - это свод нормативных документов по проектированию, строительству и строительным материалам, обязательный для всех организаций и предприятий.

Стандартизация на материалы и изделия велась десятилетиями и имеет положительное значение, как, например, для нашей бывшей централизованной системы с недостаточным выбором и дефицитом. Но возможно проводить специальную сертификацию параметров материалов, которые будут диктоваться, также и требованиями за­казчика и покупателя.

В России производство строительных материалов возникло в да­леком прошлом. Уже в глубокой древности наши предки умели из­готавливать глиняный кирпич, воздушную и гидравлическую из­весть, широко использовали древесину и природный камень.

В царствование Ивана Грозного для систематизации накопивше­гося за столетия строительного опыта, был создан " Приказ камен­ных дел", который руководил государственным производством строительных материалов и строительством, главным образом, кре­постных сооружений.

В последующие годы это производство развивалось не быстрыми темпами и только подъем наблюдается при Петре I, который в связи с закладкой новых городов и крепостей поощрял производство строительных материалов.

Отмена крепостного права и начало развития капитализма в Рос­сии послужили мощным толчком для роста промышленности и в том числе производства строительных материалов. Со второй поло­вины XIX в. стали строиться заводы портландцемента, механизиро­ванные печи для обжига известняка, заводы для выпуска кирпича, облицовочной плитки, начинает применяться железобетон.

В начале XX века Россия становится не только богатой аграрной, но и довольно мощной индустриальной державой. Построены круп­ные металлургические и машиностроительные предприятия, шахты, железные дороги, порты, мосты и т.п.

Нарастает жилищный бум, только в Москве к 1913 г. ежегодно строилось до 3 тыс. 5-7 этажных кирпичных, так называемых доход­ных домов, что требовало весьма развитой строительной базы. Од­нако эволюционное развитие страны было на подъеме остановлено первой мировой войной, затем революциями и гражданской войной.

Производство строительных материалов резко снизилось, многие це­ментные заводы и другие предприятия были разрушены.

С середины 20-х годов развернулась реконструкция старых и по­стройка новых заводов строительных материалов. В 30-ые годы были созданы новые материалы - пустотелый и высокопрочный кирпич, шлаковые цементы, цементы с активными минеральными добавками, легкие бетоны, сборные железобетонные конструкции и пр. Потреб­ность в материалах растет, так как повсеместно строятся промыш­ленные предприятия.

Война с Германией 1941-1945 гг. привела к опустошительному разрушению западной части страны, после чего длится долгий вос­становительный период. Задача стоит не в создании архитектурных шедевров, а в строительстве самого необходимого и в сжатые сроки.

Начиная с 50-годов, в стране постоянно увеличивается выпуск строительных материалов. К 80-ым годам по производству цемента, металла, сборного железобетона, асбоцемента, листового стекла мы намного опередили другие страны. Однако существовавшая эконо­мическая и политическая система жесткого государственного моно­полизма стала тормозом и в строительной индустрии.

Большинство предприятий строительной индустрии пока еще не может конкурировать на мировом рынке с зарубежными фирмами в силу изношенности оборудования, устаревшей технологии, низкой культуры производства и качества продукции. Многие современные технологии, оборудование и материалы приходится закупать за гра­ницей. Лучшие здания стали возводить с помощью зарубежных фирм вплоть до привлечения иностранных рабочих. Отечественные архи­текторы, выигрывая престижные международные конкурсы, пригла­шаются в другие страны, так как у нас нет возможности реализовать их проекты. Строительный комплекс требует значительной модерни­зации и вовлечения в общемировую интеграцию.

Тем не менее за прошедшие десятилетия построены новые города, возведены уникальные объекты такие, как гидротехнические соору­жения, промышленные предприятия, атомные электростанции, науч­ные, учебные и общественно-культурные центры. В последние годы строительный комплекс, в целом, не теряет своих темпов развития. Все это потребовало усилий нашей научно-инженерной обществен­ности. Отечественная наука играла и играет важную роль в развитии строительных материалов. Созданные нашими учеными технологии производства цемента, металла, бетона, керамики, теплоизоляцион­ных материалов, заводского домостроения используют многие стра­ны.

Ниже кратко изложены сведения о достижениях российских уче­ных, заложивших научные основы в ведущих отраслях производства строительных материалов и получивших международное признание.

Природные каменные материалы. Целенаправленная разведка каменных материалов и испытание их началось в России с 70-х годов прошлого столетия в связи со строительством железных дорог и мос­тов. Исследования свойств материалов велись под руководством И.А. Белелюбского (1845-1922) в Петербургской путейском институте и Н.К.Лахтина (1861-1935) в Москве.

Благодаря исследованиям Д.С.Белянкина (1876-1953), В.А. Обру­чева (1863-1956), А.Е. Ферсмана (1883-1945), Ф.Ю.Левинсон-Лессин- га (1861-1939) удалось выявить огромные запасы природных камен­ных материалов во многих районах страны для удовлетворения нужд строительства и полностью прекратить ввоз гранитов и мрамора из-за границы.

Вяжущие материалы. Основоположником теории и практики промышленного производства портландцемента является профессор Военно-инженерной академии А.Р. Шуляченко (1841-1903), которого называют " отцом русского цементного производства". Вначале в Рос­сии применялись иностранные цементы, но благодаря научным и практическим изысканиям А.Р. Шуляченко отечественные цементы, достигшие высокого качества, вытеснили иностранные цементы. Раз­работанная им теория твердения гидравлической извести и цементов не потеряла актуальности в своей основе и до настоящего времени. Дальнейшее развитие этой теории принадлежит А.А. Байкову (1870- 1946), В.А. Кинду (1883-1938), В.Н. Юнгу (1882-1956), П.А. Ребинде- ру (1898-1972). Новым видам вяжущих материалов и изделиям из них посвящены работы П.П. Будникова (1885-1968), А.В. Волженского (1899-1993), П.И.Боженова (1904-1999).

Бетоны. Выдающийся вклад в научную технологию бетона внес профессор Военно-инженерной академии И. Г. Малюга (1853-1933). Результаты его исследований дали зависимость прочности бетона от содержания воды, трамбования при укладке бетонной смеси, крупно­сти псска, щебня и гравия.

Обширные исследования бетонов были проведены Н.М. Беляевым (1890-1944), И.П. Александровым (1888-1953). С 30-х годов предло­жены новые способы расчета тяжелых бетонов Б.Г. Скрамтаевым (1905-1966) и легких бетонов Н.А. Поповым (1899-1964).

Железобетон. Большая заслуга в развитии железобетона принад­лежит Н.А. Белелюбскому (1845-1922), под руководством которого были проведены первые в России испытания железобетонных кон­струкций и возведен ряд сооружений. В начале этого столетия же­лезобетонные конструкции проектировали и строили С.И. Дружи­нин (1872-1935), А.Ф. Лолейт (1868-1933) и др.

Современную школу расчета и проектирования железобетонных конструкций создали А.А. Гвоздев (1897-1986), П.Л. Пастернак (1885-1963), В.И. Мурашев (1904-1959), Н.В. Никитин (1907-1973) (автор Останкинской телевизионной башни в Москве) и др.

Металлы. Возникновение науки о металлах было обусловлено потребностями техники. П.П. Аносов (1799-1851) разработал техно­логию выплавки высококачественной стали, установил зависимость свойств металлов от их кристаллического строения. Впервые при­менив микроскоп для изучения строения стали, Д.К.Чернов (1839- 1921) научно объяснил нагрев и охлаждение металлов, указал спо­собы управления этими процессами. Н.С. Курнаков (1860-1941) и А.А. Байков (1870-1946) разработали современную теорию образо­вания сплавов и методы их физико-химических исследований.

Создателями металлических конструкций и сооружений являют­ся В.Г. Шухов (1853-1939), Н.С. Стрелецкий (1885-1967), Л.Д. Про­скуряков (1858 - 1926).

Пластмассы. Промышленность полимерных материалов опира­ется на открытии русских химиков. Огромное значение для развития синтеза сыграли исследования A.M. Бутлерова (1828-1886) творца теории строения органических веществ. Им осуществлен синтез изобутилена для производства полиизобутилена, применяемого в качестве каучуков, а также открыты основные полимерные формы формальдегида, являющегося основой многих пластмасс. Важное значение имели исследования М.Г. Кучерова (1850-1911) и А.Е. Фа­ворского (1860-1945), выяснивших механизм изомерных превраще­ний непредельных соединений, В.В. Солонина (1862-1934), впервые осуществившего реакцию сополимеризации, и С.В. Лебедева (1874- 1934), много давшего для теории и практики полимеризации этиле­новых соединений, пользующихся большим распространением в промышленности пластмасс.

Большой вклад внесен отечественными учеными в популяризацию достижений стройматериальческой индустрии, и, в частности, в соз­дании учебников. Приведем основных авторов учебников по общему курсу строительных материалов, изданных в XX веке:

1. Эвальд ВВ. Строительные материалы, их изготовление, свойст­ва и испытания. -С.-Пб.-Л.-М: 1896-1933, 14-ое изд.

2. Кинд В.А Окороков С.Д. Строительные материалы, их получе­ние, свойства и применение /Под ред. В.А. Кинда. - M.-JI.: Госстрой- издат, 1934.

3. Скрамтаев Б.Г. Строительные материалы и изделия. - М.-Л.: ОНТИ, 1935, ч. 1.

4. Скрамтаев Б.Г Галактионов А.А. Строительные материалы и изделия. - М.-Л.: Госстройиздат, 1938, ч. II.

5. Скрамтаев Б.Г., Герливаиов Н.А., Мудрое Г.Г. Строительные материалы и изделия. - М.-Л.: Госстройиздат, 1938, ч. 1.

6. Попов Н.А. Строительные материалы. - М.-Л.: Госстройиздат, 1938.

7. Скрамтаев Б.Г., Попов Н.А., Герливаиов Н.А., Мудрое Г.Г. Строительные материалы и изделия. - М,: Стройиздат, 1950-1954, 7- ое изд.

8. Воробьев В.А. Строительные материалы /Под ред. П.Н. Григо­рьева. - М.: Госстройиздат, 1952, 1953.

9. Воробьев В.А. Строительные материалы. - М.: Высшая школа, 1962-1979, 6-ое изд.

10. Слободяник И.Я. Строительные материалы и изделия. - Киев: Вища школа, 1952-1973, 4-ое изд.

11. Шейкин А.Е., Скавронский Б.И., Тихонов А.Я., Баскаков Н.С. Строительные материалы. - М.: Трансжелдориздат, 1958.

12. Волков М.И., Борщ И.М., Королев И.В. Дорожно-строительные материалы. - М.: Транспорт, 1960-1975, 5-ое изд.

13. Хигерович М.И., Горчаков Г.И., Домокеев А.Г., Ерофеева Е.А. Строительные материалы /Под ред. М.И. Хигеровича. - М.: Высшая школа, 1966.

14. Комар А.Г. Строительные материалы. - М.: Высшая школа, 1967-1988, 5-ое изд.

15. Микульский В.Г., Федосеев Г.П., Заслав О.Г. Строительные ма­териалы и работы. - М.: Колос, 1967.

16. Шейкин А.Е. Строительные материалы. - М.: Стройиздат, 1968, 1978.

17. Воробьев В.А., Комар А.Г. Строительные материалы. - М.: Стройиздат, 1971, 1976.

18. Коровников БД. Строительные материалы. - М Высшая шко­ла, 1974,

19. Горчаков Г.И. Строительные материалы. - М Высшая школа,

1981.

20. Хигерович М.И., Горчаков Г, И., Рыбьев И.А., Домокеев А.Г., Ерофеева Е.А., Орентлихер Л.П., Попов Л.Н., Попов КН. Строи­тельные материалы ' Под ред. Г.И. Горчакова. - М; Высшая школа,

1982.

21. Домокеев А.Г. Строительные материалы. - М.: Высшая школа, 1982, 1989.

22. Грушко И.М., Королев И.В., Борщ И.М., Мищенко Г.М. До­рожно-строительные материалы. - М.: Транспорт, 1983.

23. Айрапетов Д.П. Архитектурное материаловедение. - М.: Стройиздат, 1983.

24. Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. - М.: Стройиздат, 1986.

25. Рыбьев И.А., Арефьева Т.И., Баскаков Н.С., Казенова Е.П., Коровников БД., Рыбьева Т.Г. Общий курс строительных материа­лов / Под ред. И.А. Рыбьева. М.: Высшая школа, 1987.

26. Микульский В.Г., Горчаков Г.И., Козлов В.В., Куприянов В.И., Орентлихер Л.П., Рахимов Р.З., Сахаров Г.П., Хрулев В М. Строи­тельные материалы / Под ред. В.Г. Микульского. - М.: АСВ, 1996, 2000.

Эти учебники написаны преподавателями стройматериальческих кафедр, роль которых в становлении инженерного и научного по­тенциала России в области строительства чрезвычайно велика. Пер­вая кафедра строительных материалов была образована в Санкт- Петербурге в 1900 г. в Институте Гражданских Инженеров импера­тора Николая I на базе механической лаборатории и испытательного центра. Основателем ее был Виктор Владимирович Эвальд /1860- 1935/, он же является и автором первого учебника по строительным материалам.

В начале XXI века задаются вопросом о будущих строительных материалах. Бурное развитие науки и техники затрудняет прогнозиро­вание: еще четыре десятилетия назад не было широкого применения полимерных строительных материалов, а о современных «истинных» композитах было известно только узкому кругу специалистов. Тем не менее можно предположить, что основными строительными материа­лами также будут металл, бетон и железобетон, керамика, стекло, древесина, полимеры. Строительные материалы будут создаваться на той же сырьевой основе, но с применением новых рецептур ком­понентов и технологических приемов, что даст более высокое экс­плуатационное качество и соответственно долговечность и надеж­ность. Будет максимальное использование отходов различных про­изводств, отработавших изделий, местного и домашнего мусора. Строительные материалы будут выбираться по экологическим кри­териям, а их производство будет основываться на безотходных тех­нологиях.

Уже сейчас имеется обилие фирменных названий отделочных, изоляционных и других материалов, которые в принципе отличают­ся только составом и технологией. Этот поток новых материалов будет увеличиваться, а их эксплуатационные свойства совершенст­воваться с учетом суровых климатических условий и экономии энергетических ресурсов России.

РАЗДЕЛ 1, СТРОИТЕЛЬНОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Глава 1. СТРОЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

§ 1. Общие сведения

Материаловедением называют науку, изучающую связь состава, строения и свойств материалов, а также закономерности их измене­ния при физико-химических, физических, механических и других воздействиях. Всякий материал в конструкциях зданий и сооруже­ний воспринимает те или иные нагрузки и подвергается действию окружающей среды.

Нагрузки вызывают деформации и внутренние напряжения в ма­териале, поэтому проектирование зданий и сооружений требует точ­ных характеристик прочностных и деформативных свойств приме­няемых материалов, называемых механическими свойствами.

Кроме прочности строительные материалы должны обладать стойкостью, т.е. способностью сопротивляться физическим и хи­мическим воздействиям среды: воздуха и содержащихся в нем паров и газов, воды и растворенных в ней веществ, колебаниям температу­ры и влажности, совместному действию воды и мороза при много­кратном замораживании и опаивании, воздействию химически аг­рессивных веществ - кислот, щелочей и др.

Исходя из условий работы материала в сооружений, 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 термической обработкой минерального сырья (керамика, стекло, ситаллы, металлы); конструкционные пластмассы; лесные материалы и др.

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

Изделия, конструкции должны обеспечивать долговечность и надежность при длительной эксплуатации.

Долговечность - свойство изделия сохранять работоспособ­ность до предельного состояния с необходимыми перерывами на ремонт. Предельное состояние определяется разрушением изде­лия. требованиями безопасности или экономическими соображе­ниями. Долговечность строительных изделий измеряют обычно сроком службы без потери эксплуатационных качеств в конкрет­ных климатических условиях и режиме эксплуатации. Например, для железобетонных конструкций нормами предусмотрены три степени долговечности: I - соответствует сроку службы не менее 100 лет, И-50 лет, 111-20 лет.

Надежность представляет собой общее свойство, характери­зующее проявление всех остальных свойств изделия в процессе эксплуатации. Надежность складывается из долговечности, без­отказности, ремонтопригодности и сохраняемости. Эти свойства связаны между собой.

Безотказностью называют свойство изделия сохранять рабо­тоспособность в определенных режимах и условиях эксплуатации в течение некоторого времени без вынужденных перерывов на ремонт. К показателям безотказности относят вероятность безот­казной работы.

Отказом называют событие, при котором система, элемент или изделие полностью или частично теряют работоспособность. Потеря работоспособности вызывается такой неисправностью, при которой хотя бы один из основных параметров выходит за пределы установленных допусков.

Ремонтопригодность - свойство изделия, характеризующее его приспособленность к восстановлению исправности и сохра­нению заданной технической характеристики в результате преду­преждения, выявления и устранения отказов. Показателем ремон­топригодности является среднее время ремонта на один отказ данного вида, а также трудоемкость и стоимость устранения от­казов.

Сохраняемость - свойство изделия сохранять обусловленные эксплуатационные показатели в течение и после срока хранения и транспортирования, установленного технической документацией. Сохраняемость количественно оценивают временем хранения и транспортирования до возникновения неисправности.

§ 2. Связь строения, состава и свойств

Строение и свойства

Знание строения строительного материала необходимо для понимания его свойств и в конечном итоге для решения практи­ческого вопроса, где и как применить материал, чтобы получить наибольший технико-экономический эффект.

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 рент- гено-структурного анализа, электронной микроскопии и т.п.

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

Искусственные конгломераты - это обширная группа, объе­диняющая бетоны различного вида, ряд керамических и других материалов.

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

Мелкопористая структура свойственна, например, керамиче­ским материалам, поризованным способами высокого водоза- творения и 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.).

Рыхлозернистые материалы - это заполнители для бетона, зернистые и порошкообразные материалы для мастичной тепло­изоляции, засыпок и др.

Микроструктура веществ, составляющих материал, может быть кристаллическая и аморфная. Кристаллические и аморфные формы нередко являются лишь различными состояниями одного и того же вещества. Примером служит кристаллический кварц и различные аморфные формы кремнезема. Кристаллическая фор­ма всегда более устойчива. Чтобы вызвать химическое взаимо-

" Природные каменные материалы сюда не относятся, так как горные породы имеют собственную геологическую классификацию.

действие между кварцевым песком и известью, в технологии си­ликатного кирпича применяют автоклавную обработку отфор­мованного сырца насыщенным водяным паром с температурой не менее 175°С и давлением 0, 8 МПа. Между тем трепел (аморфная форма диоксида кремния) вместе с известью после затворения водой образует гидросиликат кальция при нормальной темпера­туре 15-25°С. Аморфная форма вещества может перейти в более устойчивую кристаллическую форму.

Практическое значение для природных и искусственных ма­териалов имеет явление полиморфизма - когда одно и то же веще­ство способно существовать в различных кристаллических фор­мах, называемых модификациями. Наблюдаются, например, по­лиморфные превращения кварца, сопровождающиеся изменением объема.

Особенностью кристаллического вещества является опреде­ленная температура плавления (при постоянном давлении) и оп­ределенная геометрическая форма кристаллов каждой его моди­фикации.

Свойства монокристаллов неодинаковы в разных направле­ниях. Это механическая прочность, теплопроводность, скорость растворения, электропроводность и др. Явление анизотропии яв­ляется следствием особенностей внутреннего строения кристал­лов.

В строительстве применяют поликристаллические каменные материалы, в которых разные кристаллы ориентированы беспо­рядочно. Подобные материалы рассматриваются как изотропные по своим строительно-техническим свойствам. Исключение со­ставляют слоистые каменные материалы (гнейсы, сланцы и др.).

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

Кристаюшческие вещества, входящие в состав строительного материала, различают по характеру связи между частицами, об­разующими пространственную кристаллическую решетку, Она может быть образована: нейтральными атомами (одного и того же элемента, как в алмазе, или различных элементов, как в S1O2); ионами (разноименно заряженными, как в СаСОз, или одноимен­ными, как в металлах); целыми молекулами (кристаллы льда).

Ковалентная связь осуществляется обычно электронной па­рой, образуется в кристаллах простых веществ (алмаз, графит) и в кристаллах некоторых соединений из двух элементов (кварц, кар­борунд, другие карбиды, нитриды). Такие материалы выделяются